Beräknad deformerad cell och förskjutning under enaxlig belastning. Pilarna underlättar diskussionen av mekanismen:1. Armarna som förbinder hörnen med ringarna rör sig nedåt. 2. Denna rörelse leder till en rotation av ringarna. 3. Denna rotation utövar krafter på hörnen i planet som är normalt mot tryckaxeln, vilket resulterar i en övergripande vridning av enhetscellen runt denna axel. Kredit:(c) Vetenskap (2017). DOI:10.1126/science.aao4640
(Phys.org)-En trio forskare med Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland och Université de Bourgogne Franche-Comté i Frankrike har utvecklat ett metamaterial som vrider sig antingen till höger eller vänster som svar på en rak, rejält tryck. I deras tidning publicerad i tidningen Vetenskap , Tobias Frenzel, Muamer Kadic, och Martin Wegener beskriver hur de kom på metamaterialet och ger några idéer om hur det kan användas. Corentin Coulais med University of Amsterdam erbjuder en perspektivbit om arbetet som gjorts av teamet (och lite bakgrund om hur linjär elasticitet gäller för alla material och grunden för solid mekanik) i samma journalnummer.
Med vanliga material, oavsett om det är naturligt eller av människor, applicering av en linjär kraft får vanligtvis materialet att expandera i en rät vinkel i förhållande till den applicerade kraften. I denna nya insats, forskningstrion har skapat ett metamaterial som istället vrider antingen höger eller vänster.
För att skapa ett sådant material, forskarna använde numerisk modellering för att komma fram till en kubisk form för en cellenhet - när sådana enheter konfigurerades tillsammans, laget hittade, de skulle vrida sig när en kraft applicerades. För att testa deras modell, laget skrev ut en verklig struktur med en 3D-laser. Varje cell, laget noterar, gjordes med ringar i ansiktena som ledde till en roterande effekt, med cellens hörn som drar tillbaka runt dem. Testning visade att metamaterialet kunde deformeras med en hastighet av mer än 2 procent per procent av förkortning.
Forskarna fann att att göra cellerna mindre och använda ett större antal av dem för att skapa en struktur av samma storlek resulterade i en ökning av styvhet och en mindre mängd vridning. Detta, de noterar, ligger i skarp kontrast till hur material normalt beter sig under klassisk kontinuummekanik - där det inte skulle bli någon vridning och graden av styvhet normalt skulle vara oberoende av skalan. De noterar vidare att ett metamaterial med vridningsegenskaper kan lämpa sig för en mängd olika optiska applikationer, till exempel i enheter som styr kraftfält eller andra typer av vågor runt ett hinder.
© 2017 Tech Xplore
