GCL学术成果：Advanced Science—使用隐式神经表示的近各向同性、极端刚度、连续3D机械超材料序列

主要观点总结

本文主要介绍了机械超材料的设计背景、解决方案、实验结果和研究贡献。通过隐式神经场表示方法，设计出具有最佳刚度且保持各向同性的超材料，实现了高刚度、高强度和轻量化等特点。该工作将发表于材料科学领域的顶级期刊《Advanced Science》。

关键观点总结

关键观点1: 机械超材料的特性

机械超材料是人工设计的具有特殊性能的材料，其特性主要来自结构的材料分布而非化学成分。超材料具有高刚度、高强度和轻量化等特点。

关键观点2: 隐式神经场表示方法的应用

隐式神经场表示方法适用于建模超材料序列，能够高效表示相对密度范围广泛的机械超材料，支持光滑表面和梯度设计，有助于降低计算复杂度。

关键观点3: 超材料设计流程

设计流程包括基于板结构构造初始密度场、序列的拓扑优化、使用神经网络拟合超材料序列的密度场等步骤。

关键观点4: 实验结果

通过有限元方法验证，所设计的机械超材料的刚度接近理论边界，且各向同性比接近1。实验结果通过实际样品制造和压缩实验得到验证。

关键观点5: 研究贡献

该工作设计了三种极限机械超材料，通过创新的结构设计展示出非凡的机械性能。使用隐式神经表示，可实现具有自由调整分辨率、光滑表面和连续变化的相对密度的超材料序列。

文章预览

点击蓝字，关注我们 USTC-GCL 问题背景 机械超材料是人工设计的具有特殊性能的材料，其特性主要来自结构的材料分布而非化学成分。通过设计的超材料可具有高刚度、高强度和轻量化等特点。超材料序列可以通过连续的材料单元设计，保持单元间的连接性，使得整体材料具备可调的性能，如可实现刚度和泊松比的梯度变化。各向同性机械超材料即该超材料的机械性能(如杨氏模量，体积模量，剪切模量等)在所有方向都是均匀的，它能提供一致的同部刚度，是多尺度结构设计的基础。尽管已有大量研究探索各向同性高刚度超材料序列，但仍然有诸多不足。早期三维超材料的桁架式结构刚度不足，而闭孔结构的板晶格超材料在中等密度下未达理论极限，拓扑优化等方法虽有应用，但缺乏对广泛密度内最优结构的探索。 解决方案 为了设计更高效的结构 ………………………………