[发明专利]一种设计三维负泊松比超材料的方法

权利要求书

1.一种设计三维负泊松比超材料的方法，其特征在于：其操作步骤为：

1）首先，设计具有三维周期微结构的超材料几何模型；

2）然后，利用有限元的方法对所设计的三维超材料几何模型进行屈曲分析，并对所得到的屈曲模态进行识别，将理想的具有横竖交替排列孔洞的三维超材料筛选出来；

3）利用模态比例因子法改进微结构；

4）将改进的三维微结构沿三个主轴方向复制排列，生成具有负泊松比效应的三维超材料模型。

2.根据权利要求1所述的一种设计三维负泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步骤1）中三维周期微结构形式具体包括：①长方体多孔微结构；②正方体多孔微结构；③四面体多孔微结构；④球状多孔微结构；⑤多面体多孔微结构；⑥管状多孔微结构。

3.根据权利要求1所述的一种设计三维负泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步骤2）中利用有限元软件Abaqus对所设计的三维超材料几何模型进行有限元屈曲分析：具有负泊松比效应的屈曲模态会呈现出横竖交替的孔洞，因此在这一步骤中，所有的屈曲模态都会被仔细鉴别，具有负泊松比效应的屈曲模态将会被识别，同时能产生出此种理想屈曲模态的微结构也会被筛选出来。

4.根据权利要求1所述的一种设计三维负泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步骤3）中当基材料为金属基材料时，即使对于具有同样微结构的超材料而言，原本由屈曲诱导的负泊松比效应将消失，而模态比例因子方法利用PSF 这项单一的参数改进具有理想屈曲模态的微结构，使改进后的微结构能在基材料为金属时也能产生负泊松比效应。

5.根据权利要求1所述的一种设计三维负泊松比超材料的方法，其特征在于：所述步骤4）中：在上一步骤中，PSF 参数是对单个微结构单元进行改进的，而三维超材料是由多个微结构排列组成，利用在第3）步中改进的微结构，使之在正交的三个坐标系方向进行复制排列从而形成具有周期结构的三维负泊松比超材料；此种三维超材料的负泊松比效应不仅对基材料是线弹性材料时有效，当基材料是非线弹性材料，同样有效。