A mechanical metamaterial with adjustable positive to negative Poisson’s ratio based on rotating trapeziums and triangles

超材料 泊松比 泊松分布 模数 变形(气象学) 辅助 物理 膨胀(度量空间) 机械 几何学 数学分析 材料科学 经典力学 光学 数学 复合材料 量子力学 统计
作者
Teik‐Cheng Lim
出处
期刊:Philosophical Magazine [Taylor & Francis]
卷期号:104 (5): 300-320 被引量:15
标识
DOI:10.1080/14786435.2023.2293929
摘要

This paper proposes a metamaterial in which the Poisson's ratio can be tuned from positive to negative for infinitesimal deformation, and can evolve from positive to negative or vice versa for large deformation. Based on a hybrid of rotating trapeziums and triangles, the effective Poisson's ratios of this metamaterial under on-axes loading were obtained by geometrical analysis. The on-axes Young's moduli were established by matching the potential energy stored by the rotational elastic restraint at the hinges with the strain energy of deformation for the homogenised continuum. Results indicate that, at critical internal angles, the metamaterial's Poisson's ratios exhibit sign-switching upon stress direction reversal while the corresponding Young's moduli become extremely large. Results also reveal the existence of terminal states, in the case of large deformation, in which the internal angles no longer change unless the direction of applied load is reversed. This metamaterial is useful for applications whereby material properties are required to change abruptly at certain stages and for applications where the properties can be altered in situ.
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