近日，周平章博士（优解未来 CTO）和胡更开教授课题组（北京理工大学）联名在材料科学领域国际顶刊《Materials & Design》上发表了力学超材料的最新研究成果——《Customization of Two-dimensional Extremal Materials》，周平章博士和胡更开教授为共同通讯作者，北京理工大学博士生蔡铭为第一作者。
图1 (a) 二维一模材料的超胞构型 (b) 二维一模材料的单胞构型
模式材料是具有秩亏弹性张量的弹性超材料。由于弹性张量的这种新特性，模式材料（尤其是五模材料）在各种波的调控中得到了广泛的应用。然而，到目前为止，还没有一种系统的、通用的、适用于各种模式材料的设计方法。在这项研究中，作者提出使用拓扑优化技术来设计模式材料，而不需要依赖任何关于单胞几何对称性的先验知识，因此可以设计更加多样化的一般各向异性材料。除了弹性张量的零特征值个数之外，与特征值对应的特征向量（通常称为模式材料的软模式）也可以进行定制化地设计。作者采用两步设计的思路（拓扑优化+形状优化）来完成微结构的设计，通过算例验证了该优化框架在设计具有或不具有软/硬模态约束的模式材料时均是有效的。数值结果表明，该方法可以设计具有任意软模式或硬模式的模式材料，所提出的方法也可以很容易地扩展到三维问题，此研究工作为探索多样化、定制化的模式材料奠定了基础。
图2 (a) 考虑预定义软模式或硬模式的2D模式材料设计流程 (b) 两步优化策略中单胞的演变过程
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127522002787
论文引用：
Ming Cai, Xiaoning Liu, Gengkai Hu, Pingzhang Zhou, Customization of Two-dimensional Extremal Materials, Materials & Design, 17, 110657, 2022