1. 研究目的与意义（文献综述）
材料、能源和信息是当今社会发展的三大支柱性产业。随着科学技术的发展和人类需求的变化，具有特殊性能的新型材料也越来越受到人们的关注。超材料作为一种有别于自然界普通材料、通过人工设计微结构单元而在宏观表现出特殊性能的新型材料，一经出现就引起了科学界的广泛关注。超材料技术也被《科学》杂志誉为20世纪前十年十大科技突破之一[1]。众所周知，自然界中绝大多数材料的泊松比均大于零且介于0到0.5之间。通过人工设计微结构可以使材料在宏观变现出零泊松比甚至是负泊松比的性能。研究表明，这种力学超材料表现出的这种性能与材料内部的结构[2，3]有关，而与基底材料的弹性常数无关[3]。因此，通过对基底材料进行合理的结构设计，就可以得到零泊松比或者负泊松比材料。目前，国外对于超材料的研究集中在：（1）新型超材料的性能设计和优化，（2）超材料器件的研究和制备，（3）耦合超材料的研究。在国防领域，超材料的应用前景十分广泛。并且已有超材料器件在国防领域初步取得了应用成果[4]。而在国内，受到国家战略规划和国家自然基金的支持，我国已成立多个高校联合研究队伍，也已取得较多的成果。3D打印技术[5]和增材制造技术的出现，超材料研究逐步实现实验论证。而ANSYS和ABAQUS等有限元分析软件也提供了其强大的分析功能。通过实验和数值模拟，超材料的研究成果越来越多。周济[6]等提出了广义超材料的概念，即通过超材料和普通材料的融合而获得兼有超材料和普通材料优良特性的新材料。鉴于超材料的微结构影响其宏观力学性能，人们已经发现内凹结构、分层拓扑结构[7]以及多边形孔状结构等表现出负泊松比性。而零泊松比结构的设计思路主要有两种：（1）单一零泊松比结构，（2）正、负泊松比胞元结构混合型。Olympio[8]提出了后一种设计思路，后来又有人提出了半内六角蜂窝胞元结构[9]，从不同的思路上实现了零泊松比结构的设计。此外，研究发现[10]，三维力学超结构受单轴拉伸（压缩）时，在另外两个方向中的一个方向表现出负泊松比效应，一个方向表现出零泊松比效应。
另一方面，橡胶材料作为一种广泛使用的工业材料，为了适应新的需求，就需要设计出高性能的新型橡胶材料。基于超材料技术对橡胶材料进行设计出的橡胶超弹性材料更有利于橡胶材料在更多领域的应用。研究表明[11，12]，零泊松比力学超材料具有良好的承载和减震特性、具有良好的耗能性能以及良好的吸声性能。此外，程文杰[13]等还研究了十字形蜂窝设计极其在柔性蒙皮中的应用，柔性蒙皮在面内具有一维大变形的能力，广泛应用于飞机机翼[14]。此外，橡胶材料因具有超弹性而广泛应用于减震降噪的器件中。黄艳华等[15]提出了高性能硅橡胶材料在航空工业发展中的作用，例如，高性能发动机减震氟硅橡胶等。刘晓东[16]等对硅橡胶减震器的动态特性作出分析。随着人们对零泊松比力学超材料的性能研究的深入[12，13，17，18]，橡胶材料和超材料技术的结合日益迫切。因此，对橡胶材料进行合理的结构设计得到零泊松比的超材料，可以有效地提高橡胶材料的耗能能力、减震能力以及吸声能力等。本研究对橡胶材料的性能优化和新型功能器件的制备具有重要的意义和价值。
2. 研究的基本内容与方案
本研究首先是设计一种或两种具有零泊松比的力学超结构，然后以橡胶材料为基底材料设计具有该零泊松比的微结构的新型结构，利用ansys动态分析模块对该新结构进行瞬态响应分析，同时对比普通弹性材料，分析这种设计对橡胶材料性能的影响和应用价值以及二者得不同。目标是：设计出一种或两种力学超结构，分析得到所提出的新结构对橡胶材料性能的影响，指出具有该超结构的普通材料和橡胶材料的瞬态动力学响应的差异。具体研究方案如下：
（1）设计一种或两种表现出零泊松比的超结构，可以采用蜂窝结构或者是胞状结构，在已研究出的微结构的基础上进行合理的优化，并且与之做出相应的比较，寻找出设计的创新点。
（2）以上述设计出的超结构为胞元设计新型橡胶超材料，采用网格拓扑技术设计橡胶超材料试样模型。根据模型的参数，利用ansys软件建立有限元分析模型（也可用cad软件做出模型之后，再导入ansys软件划分网格）。然后，利用ansys的瞬态分析模块对该超材料模型进行瞬态响应分析。再利用普通弹性材料建立相同的模型，在相同条件下利用ansys软件进行瞬态响应分析。
3. 研究计划与安排
（1）第1-2周，查阅关于超材料设计的文献，了解国内外有关超材料的研究现状及其应用前景。学习ansys动力学分析，明确该分析模块与静力分析模块的差异。
（2）第3周，根据之前查阅的相关资料，按照导师给出的要求完成英文文献翻译和文献调研，进而完成开题报告。
（3）第4-5周，查阅关于零/负泊松比的超材料设计的文献，寻找合理的设计方法，并总结出相应的设计思路，初步做出新设计的方案。
4. 参考文献（12篇以上）
参考文献：
[1]于靖军,谢岩,裴旭.负泊松比超材料研究进展[j].机械工程学报,2018,54(13):1-14.
[2]r. lakes, deformation mechanisms in negativepoisson's ratio materials, j. mater. sci. 26 (1991) 2287–2296.
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