浅谈负泊松比材料及其在土木工程中的应用

负泊松比材料
负泊松比材料是一种具有特殊物理性质的材料，其在材料科学领域中具有重要
的应用价值。

负泊松比材料是指在外力作用下，其横向收缩而非膨胀的材料。

这种特殊的物理性质使得负泊松比材料在工程结构、声学材料、生物医学等领域中具有广泛的应用前景。

首先，负泊松比材料在工程结构中具有重要的应用。

传统的材料在受到外力作
用时，会出现膨胀的现象，而负泊松比材料则可以在受力时出现收缩的特性。

这种特殊的性质可以使得工程结构在受到外力作用时具有更好的稳定性和抗震性能，从而提高了工程结构的安全性和可靠性。

其次，负泊松比材料在声学材料领域中也具有重要的应用。

在声学材料的设计中，常常需要利用材料的特殊性质来实现声音的隔离和吸收。

负泊松比材料的横向收缩特性可以有效地抑制声波的传播，从而实现对声音的控制和调节。

这种特殊的应用可以使得负泊松比材料在建筑隔音、汽车降噪等领域中发挥重要作用。

此外，负泊松比材料还具有在生物医学领域中的潜在应用价值。

在人体植入材
料的设计中，常常需要考虑材料与人体组织的相容性和稳定性。

负泊松比材料的特殊性质可以使得其在人体内部的应用更加稳定和可靠，从而为生物医学领域的材料设计提供了新的思路和方法。

总的来说，负泊松比材料作为一种具有特殊物理性质的材料，在工程结构、声
学材料、生物医学等领域中具有重要的应用前景。

随着材料科学的不断发展和进步，相信负泊松比材料将会在更多的领域中发挥重要作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。

负泊松比材料与结构的力学性能研究及应用一、本文概述负泊松比材料是一种具有特殊力学性能的新型材料，其泊松比小于2，与常规材料（泊松比约为3）的力学性质显著不同。

这类材料在受到外力作用时，其横向变形与纵向变形方向相反，表现出独特的拉伸和压缩行为。

负泊松比材料的出现，不仅为材料科学领域带来了新的研究方向，也为工程应用提供了更多可能性。

本文旨在深入研究负泊松比材料与结构的力学性能，包括其力学特性、变形机制、能量吸收能力等方面。

通过理论分析和实验验证，揭示负泊松比材料在承受载荷时的力学行为规律，为材料的优化设计和工程应用提供理论依据。

本文还将探讨负泊松比材料在各个领域的应用前景，如航空航天、汽车制造、生物医学等。

通过实例分析，展示负泊松比材料在这些领域中如何发挥独特的优势，提高结构性能、优化设计方案以及提升产品竞争力。

本文将对负泊松比材料与结构的力学性能进行全面而深入的研究，旨在推动该领域的发展，为未来的科技创新和产业升级提供有力支撑。

二、负泊松比材料的力学特性负泊松比材料，即泊松比小于5的材料，具有独特的力学特性，使其在多个领域具有广泛的应用前景。

与传统的正泊松比材料相比，负泊松比材料在受到外力作用时，其横向变形与纵向变形方向相反，这一特性使得材料在受到压力时能够更好地抵抗变形，具有优异的能量吸收能力和抗冲击性能。

优异的抗冲击性能：负泊松比材料在受到冲击时，由于其独特的变形机制，能够有效地吸收和分散冲击能量，从而减少冲击对结构的破坏。

这种特性使得负泊松比材料在防护装甲、航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用潜力。

良好的能量吸收能力：负泊松比材料在受到外力作用时，其内部结构发生变形，能够有效地将机械能转化为内能，从而实现能量的吸收。

这种特性使得负泊松比材料在减震降噪、安全防护等方面具有显著的优势。

较高的刚度和强度：负泊松比材料的特殊结构使得其在承受压力时，能够有效地抵抗变形，具有较高的刚度和强度。

这种特性使得负泊松比材料在承受重载、提高结构稳定性等方面具有显著的优势。

超材料负泊松比材料科学一直是人类探索的重要领域之一，而超材料则是近年来备受关注的研究方向。

超材料是指具有特殊结构和性质的材料，可以实现对电磁波的控制和调节，具有广泛的应用前景。

其中，负泊松比是超材料的一种重要性质，本文将从定义、特点和应用三个方面进行阐述。

一、定义泊松比是材料力学中的一个重要参数，表示材料在受力时沿着一个方向的收缩量与另一个方向的伸长量之比。

一般情况下，泊松比为正值，即材料在受力时会沿着垂直方向发生收缩。

而负泊松比则是指材料在受力时会沿着垂直方向发生膨胀，这种性质在某些特定的应用场合中具有重要的意义。

二、特点超材料负泊松比的特点主要有以下几个方面：1. 非常规结构：超材料的负泊松比通常是通过设计非常规的结构实现的，例如将材料分成多个微小单元，通过调节单元之间的距离和形状来实现负泊松比。

2. 高度可调性：超材料的负泊松比可以通过调节材料的结构和组成来实现，具有高度可调性。

这种可调性使得超材料在不同的应用场合中具有广泛的应用前景。

3. 独特的力学性能：超材料的负泊松比使得其具有独特的力学性能，例如可以实现在受力时沿着垂直方向膨胀，从而实现对应力的调节和控制。

三、应用超材料负泊松比在许多领域中都具有广泛的应用前景，例如：1. 柔性电子学：超材料负泊松比可以用于制造柔性电子器件，例如可穿戴设备和柔性传感器等。

这些器件可以实现对电磁波的控制和调节，具有广泛的应用前景。

2. 能量吸收：超材料负泊松比可以用于制造高效的能量吸收材料，例如用于汽车碰撞保护和防弹材料等。

这些材料可以实现对应力的调节和控制，从而提高能量吸收效率。

3. 声学控制：超材料负泊松比可以用于制造声学控制材料，例如用于隔音和噪声控制等。

这些材料可以实现对声波的控制和调节，具有广泛的应用前景。

总之，超材料负泊松比是一种具有独特性质和广泛应用前景的材料，其在柔性电子学、能量吸收和声学控制等领域中具有重要的应用价值。

随着材料科学的不断发展和进步，相信超材料负泊松比的应用前景将会越来越广阔。

负泊松比机械超材料
负泊松比材料是一种特殊的材料，其泊松比小于0。

通常情况下，材料在受力时会沿着受力方向产生压缩，而垂直于受力方向产
生拉伸。

然而，负泊松比材料在受力时会沿着受力方向产生拉伸，
而垂直于受力方向产生压缩，这种行为与一般材料相反。

负泊松比材料在工程和科学领域具有重要的应用价值。

例如，
在结构设计中，负泊松比材料可以用于减小材料在受力时产生的应
力集中现象，提高结构的稳定性和耐久性。

在声学和振动控制领域，负泊松比材料可以用于设计制造新型的减震和隔音材料，有效地控
制和减小振动和噪音。

在生物医学工程领域，负泊松比材料还可以
用于仿生材料的制备，例如人工骨骼和关节的材料设计。

机械超材料是一种具有特殊结构和性能的材料，通常是由多种
不同材料组合而成，通过精确的结构设计实现对材料的控制。

机械
超材料具有许多优异的性能，例如负折射、负穿透、负导热等，这
些性能在光学、声学、热学等领域具有重要的应用价值。

将负泊松比材料与机械超材料相结合，可以创造出具有负泊松
比特性的机械超材料。

这种材料不仅具有负泊松比材料的特殊性能，
还具有机械超材料的精密控制和多功能性。

这种材料可以在多个领域发挥重要作用，例如在微型机械器件中的应用、在结构工程中的应用等。

总的来说，负泊松比机械超材料是一种具有特殊结构和性能的材料，具有广阔的应用前景和研究价值。

通过对其特性的深入研究和开发，将为材料科学和工程技术领域带来新的突破和发展。

前景广阔的负泊松比材料负泊松比材料蜂窝的结构想必大家一定不会陌生。

它其实是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构，由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料。

这种结构有着优秀的几何力学性能，因此在材料学科用有广泛应用。

不过近年来，科学家们却发现了蜂窝结构拥有的另一种独特的性质，那就是负泊松比。

01负泊松比材料的种类蜂窝状负泊松比材料用负泊松比蜂窝材料代替传统蜂窝作为夹层结构的芯层材料具有明显的优势：一方面是负泊松比蜂窝具有双曲特性，使它能够在不需要任何外力作用的前提下就能自然形成弯曲结构；另一方面，负泊松比蜂窝夹芯材料变形之后其单元肋与曲面能够始终保持垂直，从而使面强度和刚度能够达到大值。

泡沫状负泊松比材料1987年，一种能将环状的正泊松比开孔性热塑料（聚氨酯) 泡沫转化成负泊松比材料的方法已见报道。

如今，不论各向同性或是各向异性的负泊松比泡沫都可以顺利制得。

但是负泊松比泡沫材料的缺陷在于材料强度和硬度太低，若通过增强的方法提高其强度和硬度，其负泊松比效应就会消失。

图2所示聚氨酯泡沫在转化成拉胀性材料前后的显微结构。

从图中可看出，聚氨酯在压缩前的凸式规则结构在经过处理后变成了具有拉胀性的三维倒插拓扑结构。

微孔聚合负泊松比材料通过研究表明，聚合物可通过特殊加工方法,使其具有类似聚四氟乙烯的微结构,从而呈现出负泊松比效应。

目前,该方法已成功应用于制造拉胀超高分子量聚乙烯、聚丙烯、尼龙和涤纶。

图3这种膨胀后的 PTFE，由于其具有复杂的纤维结点结构，表现出低至-12的各向同性负泊松比。

其中起关键作用的是取代蜂窝状和泡沫状倒插结构的“纤束-结点”网结构。

在形变机理上，结点通过纤维的移动发生平移变换，从而产生拉胀效果。

02负泊松比材料的性能与表征拉伸性能有研究对基于旋转六边形结构的4种经编间隔织物进行经向和纬向的泊松比值的测量和准静态拉伸测试，对比分析织物的泊松比值与受单向拉伸时能量吸收性能的关系。

负泊松比材料的应用案例
负泊松比材料的优异性质目前主要应用于航天飞机蒙皮制造以及船舶防撞装置设计。

在土木工程方面的应用也有不少，主要目前主要有以下几方面。

（1）桥梁伸缩缝装置，XXX年XX大学的XXX教授等人成功实现了基于负泊松比结构的桥梁伸缩缝装置。

桥梁变形要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩、牢固可靠；车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声；要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞；安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。

而负泊松比蜂窝结构具有拉时其垂直方向膨胀，受压时收缩的性能。

所以安装在梁体间隙之间具有足够的变形能力，同时负泊松比效应使得材料的力学性能得到增强使蜂窝结构在横向和竖向具有一定的承载能力，这样既可满足桥上汽车平稳通过，又能满足桥梁横向具有足够的刚度和强度。

（2）以NPR锚杆/索支护原理为基础的围岩支护体系的应用，何满潮等根据负泊松比材料的结构效应，设计了宏观尺度上的NPR 锚杆/索，通过的带有椎体的杆件与套管的相对滑移实现拉伸-膨胀效应，以钢构件的摩擦损耗吸收岩体多余的变形能，实现了岩体大变形的控制加固、监测预警技术。

该应用在岩石力学领域首次提出NPR支护的概念及其理论应用。

（3）负泊松比聚氨酯泡沫-砂浆复合材料，TatheerZahra等人通过实验分析与仿真研究相结合的手段研究了负泊松比聚氨酯泡沫
与砂浆形成的复合材料的抗压性能。

研究发现负泊松比聚氨酯泡沫改善了砂浆材料的破坏机制，降低了砂浆材料的脆性破坏性能。

何满潮负泊松比效应及应用
何满潮院士在负泊松比效应方面进行了深入的研究，并取得了重要的成果。

负泊松比效应是指材料在受到外部压力作用时，其横向尺寸增加，纵向尺寸减小的现象。

这一现象在自然界和工程领域中都有广泛的应用。

在自然界中，许多植物和动物都利用负泊松比效应来适应环境。

例如，竹子是一种典型的负泊松比材料，其横向尺寸在受到压力时会增加，使得竹子能够保持笔直的形态，并在风力作用下不易弯曲。

在工程领域中，负泊松比效应被广泛应用于各种结构材料的设计和制造。

例如，在建筑结构中，利用负泊松比效应可以设计出具有自适应性的结构，使其在受到外部压力作用时能够自动调整形状，保持稳定。

此外，负泊松比效应还可以用于制造具有自适应性的智能材料，如智能陶瓷、智能塑料等。

何满潮院士在负泊松比效应方面的研究为工程领域提供了新的思路和方法。

他通过系统研究负泊松比材料的力学性能和变形机制，揭示了其内在的物理规律和机制，为工程应用提供了理论支撑。

同时，他还将负泊松比效应应用于实际工程中，如矿压自动成巷、滑坡灾害牛顿力监控、深部工程灾变防控等领域，实现了能源工程、交通工程、水利工程、地灾工程和国防工程等领域的革命性进展。

总之，何满潮院士在负泊松比效应方面的研究为工程领域提供了新的思路和方法，推动了相关领域的发展和应用。

负泊松比材料
负泊松比材料是一种特殊的材料，在物理学和材料科学领域中引起了广泛的关注。

该材料的负泊松比意味着在材料被拉伸时，它的横向会膨胀而不是收缩。

传统材料的泊松比是正数，意味着在拉伸时，材料在横向会收缩。

这是因为在拉伸过程中，材料的原子之间会发生更密集的排列，导致材料收缩。

而负泊松比材料的横向膨胀是由于其结构设计独特，使得材料在受力时发生相反的变形。

负泊松比材料的特殊性质使其具有一些独特的应用领域。

首先，由于其横向膨胀的特性，负泊松比材料在防护材料中有广泛的应用。

例如，它可以用于制作防弹衣，因为当受到子弹撞击时，负泊松比材料可以扩散撞击力，减小对身体的伤害。

其次，负泊松比材料在医学领域也有很大的潜力。

例如，在骨折治疗中，负泊松比材料可以用于制作骨折支架。

由于材料的横向膨胀特性，支架可以提供更好的稳定性和固定性，加快骨折的愈合。

另外，负泊松比材料还可以在声学和振动控制领域中发挥作用。

由于其横向膨胀的特性，材料可以减小声波和振动的传播速度，从而降低噪音和震动。

尽管负泊松比材料具有许多独特的性质和应用潜力，但目前对于制造这种材料的方法仍然面临挑战。

负泊松比材料需要特殊的结构设计和特殊的材料组成，这对于材料科学家和工程师来
说是一个难题。

因此，未来的研究需要进一步探索制备负泊松比材料的方法，以及其在不同领域的应用潜力。

负泊松比结构吸能原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：负泊松比结构，顾名思义，是指具有负泊松比的材料结构。

所谓泊松比，是一个材料在受力时横向收缩与纵向伸长的比值，通常取正值。

而负泊松比则表示了一种罕见的材料性质，即在受力时横向膨胀而纵向压缩。

这种特殊的结构具有许多独特的性能和应用，其中包括吸能原理。

负泊松比结构的吸能原理是指在外界作用力的作用下，结构材料可以通过自身的形变来吸收和分散能量。

传统的材料结构在受力时通常会发生形变，而负泊松比结构则具有反常的性质，它在受力时会扭曲、膨胀，将能量分散到整个结构中，有助于吸收和减少外界冲击带来的损害。

对于工程应用来说，负泊松比结构的吸能原理具有重要意义。

在建筑结构中，负泊松比材料可以用于设计抗震结构，吸收和分散地震时产生的能量，减少建筑物的破坏程度。

在航空航天领域，负泊松比结构的吸能原理可以用于设计轻型材料航天器，提高其抗冲击性能和安全性。

负泊松比结构的吸能原理还可以应用于其他领域，如车辆碰撞安全设计、体育器材制造等。

通过合理设计和利用负泊松比结构，可以提高材料的吸能性能，减少外部冲击的影响，保护人员和设备的安全。

负泊松比结构的吸能原理是一种先进的材料设计理念，具有广泛的应用前景和重要的社会意义。

通过深入研究和开发，相信这一领域将会为人类社会带来更多的创新和发展，促进科技进步和社会繁荣。

希望未来能够有更多的科学家和工程师投入到负泊松比结构的研究和应用中，为构建更安全、更可靠的世界做出贡献。

【注：本文所涉及的内容仅为科技研究领域，对应用领域的具体情况可能还需要更详细的研究和讨论。

】第二篇示例：负泊松比结构是一种新型的结构设计理念，在工程领域中被广泛应用于各种建筑物和设施的设计中。

它的设计原理是通过改变材料的某些特性，使得在受到外部力的作用时能够更好地吸收和分散能量，提高结构的安全性和耐久性。

让我们来了解一下负泊松比的概念。

泊松比是描述材料在受力时的变形行为的一个重要参数，它是材料横向应变与纵向应变之比。

负泊松比结构吸能原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：负泊松比结构是一种具有特殊吸能原理的结构材料，被广泛应用于建筑、桥梁、机械装备等领域。

它的特点是在受到外力作用时，能够通过自身材料的变形来消耗能量，从而达到减震、抗震的效果。

在负泊松比结构的设计和研究中涉及到很多重要的理论和技术，下面我们将详细介绍负泊松比结构的吸能原理及其应用。

负泊松比结构的吸能原理是通过其材料的特殊性质来实现的。

负泊松比材料在受到外力作用时，会出现与常规材料不同的变形规律。

常规材料在受力变形时，普遍表现为拉伸时横向收缩，压缩时横向膨胀的泊松效应。

而负泊松比结构的材料在受力变形时，横向并不会出现与纵向相反的收缩或膨胀，而是保持原有的长度或者呈现一种相对拉伸状态。

这种特殊的变形规律使得负泊松比结构能够通过内部材料的相对移动和摩擦来消耗能量，而不会导致结构的破坏或损坏。

负泊松比结构的吸能原理可以通过一个简单的实验来加以说明。

我们可以将一个负泊松比材料制成一个长条状的试样，通过一个外力加载装置施加拉伸或压缩力，然后观察试样的变形状态。

在加载过程中，当外力作用到试样上时，如果材料呈现出明显的拉伸效应，即横向并不收缩，而是保持原有的长度或者稍微拉长，那么就说明这个材料具有负泊松比的性质。

而在拉伸或压缩的过程中，试样会发生一定的变形，但结构并不会破坏，在外力减小或者解除的情况下，试样则会回复到原有的形状。

负泊松比结构的吸能原理在工程领域中有着重要的应用价值。

在建筑结构方面，通过使用负泊松比结构可以有效地减少地震或风灾等自然灾害对建筑物的破坏程度，提高建筑物的抗震性能。

在桥梁、隧道等大型工程项目中，负泊松比结构可以有效地减少结构与地基之间的相互作用，降低结构的振动和噪音，提高工程的使用寿命和安全性。

在高速运输工具、机械设备等领域，负泊松比结构也可以提高其运行的稳定性和安全性。

负泊松比结构的吸能原理是一种新型的结构设计理念，在工程领域中有着广泛的应用前景。

负泊松比材料的研究综述发布时间：2021-08-06T16:09:17.217Z 来源：《基层建设》2021年第13期作者：吴忠坤[导读] 摘要：随着科学技术的日益发展，工艺水平也在不断提升，人们对于那些具备着特殊力学性能的新材料愈发的关注，而这类新材料往往有着一般材料所不具备的力学性能。

广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：随着科学技术的日益发展，工艺水平也在不断提升，人们对于那些具备着特殊力学性能的新材料愈发的关注，而这类新材料往往有着一般材料所不具备的力学性能。

其中，负泊松比材料广受人们关注。

负泊松比材料有着很多特殊的性能，与传统材料相比，负泊松比材料在受到拉伸时，垂直于拉应力的方向会发生膨胀。

正是由于这种特殊的性质，使得负泊松比材料在很多领域，都表现出与传统材料所不同的优秀的物理和力学性能。

关键词：负泊松材料；负泊松比；结构一、引言目前已知的传统材料在自身强度及应对一些机体变形等方面很难满足人们的需求，随着工艺水平的提升，人们对于具备着特殊性能的新材料愈发关注，而这类新材料往往有着一般材料所不具备的力学性能。

其中，负泊松比材料广受人们关注。

负泊松比材料有着很多特殊的性能，与传统材料相比，该材料在受到拉伸时，垂直于拉应力的方向会发生膨胀。

正是由于这种特殊的性质，使得负泊松比材料在很多领域，都表现出与传统材料所不同的优秀的物理和力学性能。

包括弹性模量、剪切模量、热冲击强度等。

各种具备负泊松比效应的新型结构、材料不断地被制备出来，负泊松比材料、结构的应用得到迅速发展[1]。

等通过实验发现在机械荷载下的抗变形能力而不是体积变化时，泊松比可作为比较任何材料在弹性应变时性能的基本度量；国内的周丽，张平等提出了一种新的柔性蜂窝结构，并讨论其在飞机中的应用；Alderson[2]已成功制得用作增强纤维的细丝状和纤维状负泊松比聚合物材料，该材料除了可用于汽车车体、缓冲器复合材料外，还可用作防弹背心等。

浅谈负泊松比材料及其在土木工程中的应用摘要：负泊松比材料作为现代新型高性能材料，它具有许多与普通材料不同的性质。

它与普通材料最大的区别就在于它的几何性质--受拉时其垂直方向膨胀，受压时垂直方向收缩。

本文主要介绍了负泊松比材料的发展概况、分类以及负泊松比材料的力学性能和它在土木工程中的应用。

关键词：负泊松比；分类；性能；应用以著名法国数学家西蒙·泊松命名的泊松比,用公式表示为: 。

式中:εj表示横向收缩应变,εi表示纵向伸长应变；i、j分别为两相互垂直的坐标轴。

自然界大多数材料是正泊松比材料，受拉时横截面面积将变小,受压时横截面面积变大；自然界中也存在与此性质相反的材料，拉时横截面面积将变大,受压时横截面面积变小。

如黄铁矿、砷、镉和一些动物的皮肤就是天然的负泊松比材料。

一、负泊松比材料研究概况自20世纪80年代Lakes首次通过对普通聚合物泡沫的处理得到具有特殊微观结构的负泊松比材料,测得其泊松比值为-0.7后，负泊松比材料的相关研究从此变得日益活跃，越来越多的科研人员投入到负泊松比材料的研究之中。

目前对负泊松比材料的研究主要分为以下四方面：(l)各种负泊松比材料的制备及微观结构特征研究；(2)引起材料负泊松比的机理研究；(3)负泊松比材料的静、动力学行为研究；(4)负泊松比材料的应用研究。

二、负泊松比材料分类Lakes首次对普通聚合物处理得到负泊松比材料后，近三十年以来，与负泊松比材料的相关的研究越来越多、涉及领域越来越广泛，拓扑学的引入更是为探索新型负泊松比结构垫定了数学基础。

目前负泊松比材料类型主要分为以下几类：1、多孔状负泊松比材料多孔状负泊松比材料包括泡沫材料和蜂巢状结构材料，它是指一相为固体,另一相完全由孔隙或液体组成的复合材料,如自然界的岩石、木材等。

多孔状负泊松比材料可以在二维结构结构上具有负泊松比效应,也可以三维结构上具有负泊松比效应。

目前已发现，在二维结构上由内凹泡孔结构单元组成的蜂窝状固体材料具有负泊松比值；在三维结构上Lakes和 Witt通过对传统结构单元进行转变得到三维内凹结构单元，三维凹结构单元组成的多空状材料具有负泊松比效应。

多孔周期结构临界状态及在土木工程中的应用研究作者：李众王帅魏百娲来源：《科学与信息化》2019年第10期摘要负泊松比（NPR）结构是近年研究的一大热点，国内外学者研究其在静力荷载和动力荷载作用下的相关性质，以此探究其超常的性能。

本文借助有限元仿真平台，对两种多空周期夹层结构进行压缩仿真分析，探究其由弹性状态过渡到塑性状态的临界压力。

发现CHS具有更高力学性能，其可以延缓结构进入塑性变形的能力。

文章末尾给出未来研究方向。

关键词多孔周期结构；有限元仿真；临界状态引言近年来，不少学者同时优化设计负泊松比结构以将其应用到更多域中。

Ario I[1]等人利用负泊松比结构的超高吸能能力，提出了可移动桥梁的概念。

同样，该性能也让其在车辆缓冲减震装置中得到应用[2-4]。

因此研究负泊松比材料具有深刻的理论意义和参考价值。

本文在前人研究的基础上，通过静力学仿真实验，探究两种夹层结构的临界应力。

1 有限元仿真分析本文模型的参数参考了文献[5]，胞元平面构型由横向长度，纵向长度和，内凹角以及胞元壁厚t表示，胞元厚度用表示。

胞元阵列后形成长为，宽为的多孔周期结构。

两种胞元对应着对应的蜂窝结构为传统型蜂窝结构（Traditional Honeycomb Structure，THS）和内凹型蜂窝结构（Concave Honeycomb Structure，CHS）。

利用ANSYS Workbench计算平台进行有限元模拟仿真。

仿真时温度设置为22 ℃。

两种结构的材均为参数分别为杨氏模量=200 GPa，泊松比=0.3，密度=7 850 Kg/m3，屈服强度=250 MPa。

模型上表面施加均布荷载，下表面采用完全固定约束，对结构进行压缩仿真分析。

由前文分析可知，THS和CHS除了胞元结构构型不同以外，其他几何参数均相等。

为探究两种结构从弹性变形过渡到塑性变形的临界应力，我们改变作用面上的荷载P的大小，通过有限元仿真分析，求出在不同荷载作用下，THS2和CHS两种的最大总位移V1，V2和最大mises应力值P1，P2。

第４１卷第５期Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．５２０２０青岛理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ钢筋混凝土的负泊松比设计及其常规力学性能研究宋晓辉，李梦瑶，周晓杰，刘　阳，段玉莹，马衍轩（青岛理工大学土木工程学院，青岛２６６０３３）摘　要：负泊松比材料，拉伸时在弹性范围内横向发生膨胀，压缩时横向则发生收缩，具有优异的抗断裂性能与回弹韧性，可有效抵抗剪切应力，大幅度吸收爆炸荷载能量．将负泊松比引入混凝土结构，设计并系统研究了具有负泊松比效应的功能钢筋混凝土体系及其制备工艺，利用电子万能试验机测试分析了在拉、压、弯、剪等静载作用下３种钢筋混凝土结构的抗拉性能、抗压性能、弹性模量和剪切模量等常规力学性能，应用数字散斑相关方法（ＤＳＣＭ）表征了不同类型荷载状态下各类钢筋混凝土在形变过程中应变场及其泊松比动态分布，并提出了功能负泊松比钢筋混凝土的优化设计方案，为建筑材料的结构设计及应用提供了实验基础与理论依据．关键词：负泊松比效应；钢筋混凝土；静载力学性能；变形行为；数字散斑相关方法中图分类号：ＴＵ５０２＋．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３ ４６０２（２０２０）０５ ０００１ ０８收稿日期：２０２０ ０６ ２４基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目（５１４０８３３０）；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目（ＢＳ２０１４ＣＬ０３１）作者简介：宋晓辉（１９９７ ），女，山东淄博人．硕士，研究方向为海洋工程防护材料．Ｅ ｍａｉｌ：ｃｕｎｐａｎｄｉａｎ＠１６３．ｃｏｍ． 通信作者（犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉）：马衍轩，男，博士，副教授．Ｅ ｍａｉｌ：ｙｘｍａ＠ｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．犖犲犵犪狋犻狏犲犘狅犻狊狊狅狀′狊狉犪狋犻狅犱犲狊犻犵狀狅犳狉犲犻狀犳狅狉犮犲犱犮狅狀犮狉犲狋犲犪狀犱狉犲狊犲犪狉犮犺狅犳犻狋狊犮狅狀狏犲狀狋犻狅狀犪犾犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊ＳＯＮＧＸｉａｏ ｈｕｉ，ＬＩＭｅｎｇ ｙａｏ，ＺＨＯＵＸｉａｏ ｊｉｅ，ＬＩＵＹａｎｇ，ＤＵＡＮＹｕ ｙｉｎｇ，ＭＡＹａｎ ｘｕａｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｍａｔｅｒｉａｌｏｆｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｅｘｐａｎｄｓｌａｔｅｒａｌｌｙｗｉｔｈｉｎｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｒａｎｇｅｗｈｅｎｉｔｉｓｓｔｒｅｔｃｈｅｄ，ａｎｄｓｈｒｉｎｋｓｗｈｅｎｉｔｉｓｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ．Ｉｔｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｆｒａｃｔｕｒｅｒｅ ｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｉｓｔｔｈｅｓｈｅａｒｆｏｒｃｅａｎｄａｂｓｏｒｂｅｘｐｌｏ ｓｉｖｅｌｏａｄｅｎｅｒｇｙ．ＴｈｅｎｅｇａｔｉｖｅＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｎｅｇａｔｉｖｅＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｅｆｆｅｃｔａｎｄｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒ ｔｉｅｓｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｕｃｈａｓｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｈｅａｒｍｏｄｕｌｕｓ，ａｒｅｔｅｓｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｕｎｉｖｅｒｓａｌｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｕｎｄｅｒｓｔａｔｉｃｌｏａｄｓｕｃｈａｓｔｅｎｓｉｏｎ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｂｅｎｄｉｎｇａｎｄｓｈｅａｒ．Ｔｈｅｄｙ ｎａｍｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄａｎｄｍａｃｒｏ ｍｉｃｒｏＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｏｆｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｒｅｉｎ ｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｐｅｃｋｌｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ（ＤＳＣＭ）．ＴｈｅｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈｎｅｇａｔｉｖｅＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｂａｓｉｓａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｔｒｕｃ ｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｎｅｇａｔｉｖｅＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｅｆｆｅｃｔ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｓｔａｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ；ｄｉｇｉｔａｌｓｐｅｃｋｌｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ（ＤＳＣＭ）青岛理工大学学报第４１卷近年来，国际恐怖分子爆炸袭击及各种管道爆炸等社会性的爆炸事件层出不穷，严重威胁着人们和社会的安全，同时也对个人、社会、国家造成巨大的经济损失．基于此，本文将“负泊松比”的概念引入混凝土结构材料领域，希望能够更为安全有效地减少爆炸造成的损失．法国数学家西蒙·泊松将泊松比（ν）定义为材料在特定方向上受到拉伸时的横向应变（ε狓）与纵向应变（ε狔）比值的负值，即ν＝－ε狓／ε狔．其物理意义为试样伸缩变形时的体积变化．泊松比越小，拉伸变形中体积变化即膨胀越大［１］．目前已知的绝大多数材料的泊松比均为正值，即其横向受拉伸应力时，纵向产生收缩变形．而负泊松比材料则相反，受拉伸时，材料在弹性范围内横向发生膨胀；而受压缩时，材料的横向反而发生收缩［２］．负泊松比材料因其具有优异的弹性模量［２］、抗裂性能［３］和回弹韧性［４］，且抗暴、抗冲击、吸声、吸震能力强，逐渐被关注和研究．由于微观结构的差异，不同负泊松比材料产生负泊松比效应的机理均不相同［５ ６］．本文主要研究铰链结构的负泊松比材料．铰链结构的负泊松比材料属于负泊松比复合材料之一，其结构本身能够体现负泊松比效应［７］．试验采用加工好的钢筋捆绑制作成具有负泊松比效应的特殊结构，并将其与普通混凝土复合，做成铰链结构的复合拉胀混凝土．测试其常规力学性能，包括抗拉性能、抗压性能、弹性模量和剪切模量的变化，并与普通混凝土进行对比．同时采用数字散斑相关方法（ＤＳＣＭ）测试并计算不同混凝土试块的泊松比，验证设计的结构是否具有负泊松比．本文先进行常规力学性能测试，后进行数据处理，所涉及实验均基于《普通混凝土力学性能试验方法标准》（ＧＢ／Ｔ５００８１—２００２）进行．１　实验１．１　实验材料与设备本实验选用Ｐ·Ｏ４２．５普通硅酸盐水泥制备实验试块，砂浆试块配合比选择为水泥∶砂∶水＝１∶２∶０．５，实验所用材料、静载实验试块材料用量及主要仪器设备如表１—表３所示．表１　实验材料汇总原料规格用量来源Ｑ２３５钢筋 ６ｍｍ６３ｍ青岛北方钢管有限公司Ｐ·Ｏ水泥Ｐ·Ｏ４２．５１２０ｋｇ山东山水水泥集团有限公司砂子中砂２４０ｋｇ山东山水水泥集团有限公司水自来水６０ｋｇ青岛理工大学聚羧酸减水剂分析纯１２００ｇ青岛理工大学建业检测中心铁丝—３４ｍ青岛鑫永力标准件有限公司喷漆黑白各２瓶临沂李漆匠化工有限公司表２　静载实验试块材料用量试块尺寸／（ｍｍ×ｍｍ×ｍｍ）材料用量／ｋｇ水泥河砂水减水剂１５×６０×３３００．０９０．４４０．１１０．４４１５０×１５０×１５０２．５０５．００１．２５５．００４０×４０×１６００．１９０．３８０．１００．３８１００×１００×３００２．２０４．４０１．１０４．４０表３　主要仪器与设备设备型号万能力学试验机ＡＧ ＩＳ２５０ｋＮ型微机控制恒应力压力试验机ＹＡＷ ３０００Ｄ型砂浆搅拌机ＵＪＺ １５型型材切割机Ｊ３ＧＡ ４００型１．２　钢筋混凝土的负泊松比设计与制备通过设计钢结构铰链形式与角度，来设计混凝土中的铰链结构及其堆叠阵列分布．采用预制骨架法，制备防爆功能拉胀混凝土．本实验共设计２种形式的钢筋铰链结构，一种为方形钢筋结构，另一种为具有２第５期 宋晓辉，等：钢筋混凝土的负泊松比设计及其常规力学性能研究负泊松比效应的特殊铰链结构———星形钢筋结构，并在这种星形内凹结构中设置１５０°的角度进行试验．两种形式的钢筋铰链结构的形状与尺寸如图１、图２所示．图１　方形钢筋结构模型图２　星形钢筋结构模型１．２．１　抗拉测试钢筋骨架设计抗拉测试采用单层哑铃模型骨架，使用 ２ｍｍ的非标准细钢筋来制作骨架，具体如图３所示． （ａ）方形钢筋结构 （ｂ）星形钢筋结构 图３　哑铃模型骨架示意１．２．２　抗压测试钢筋骨架设计图４分别为方形及星形钢筋结构的抗压测试骨架，其中，星形钢筋结构通过机械弯折设备加工与固定呈现为内凹钢筋骨架，α与β内凹角度的选取与设置如图４（ｂ）所示．图４　抗压钢筋骨架实物１．２．３　弯曲测试钢筋骨架设计抗弯测试的钢筋骨架模型如图５所示，钢筋骨架排列方向与加载方向一致，并间隔４０ｍｍ平行分布于试块轴向钢筋之间．图５　抗弯钢筋结构模型３青岛理工大学学报第４１卷１．２．４　剪切测试钢筋骨架设计抗剪测试所用的钢筋结构模型如图６所示，钢筋骨架实物与抗弯测试类似，钢筋骨架的排列方式与加载方式相同，并间隔７０ｍｍ平行分布于试块轴向钢筋之间．图６　抗剪测试钢筋结构模型１．２．５　钢筋混凝土试块的制备制备过程中对打磨好的钢筋进行手动弯曲操作．按照设计好的钢筋铰链结构进行尺寸以及角度标注，使用钢筋弯曲机逐步将钢筋弯成所需形状．为使切割好的钢筋定型以及浇筑时在模具中的位置固定，应对其进行必要的绑扎，绑扎方法为一面顺扣法．之后进行钢筋混凝土试块的制备．共设计抗拉、抗压、弯曲、剪切４组静载测试，每组测试分别制备３种龄期为２８ｄ的试块模型，分别为：素混凝土试块（ＰＳ）、方形钢筋混凝土试块（ＰＧ）和内凹角为１５０°的星形钢筋混凝土试块（ＸＸ），每种模型各３块．对制备得到的混凝土试块进行静力学测试，通过对比所得数据来探索不同钢筋结构对试块的常规力学性能和泊松比的影响规律，从而找到适合做防爆混凝土的特殊结构．通过压力试验机测试其常规力学性能和泊松比分布，得到影响规律．１．３　钢筋混凝土的静载力学性能测试本实验用ＡＧ ＩＳ２５０ｋＮ型万能力学试验机和ＹＡＷ ３０００Ｄ型微机控制恒应力压力试验机测试常规力学性能，同时采用ＤＳＣＭ测定动态变形过程及其负泊松比变化规律．实验取２８ｄ龄期的３种试块模型各３块，分别对其进行抗拉、抗压、弯曲、剪切常规力学性能测试．４组静载力学测试选取的试块规格以及对应实验加载参数见表４．表４　实验参数选取加载类型实验仪器试块尺寸／（ｍｍ×ｍｍ×ｍｍ）加载速度／（ｋＮ·ｓ－１）拉伸万能力学试验机１５×６０×３３０２．００压缩微机控制恒应力压力测试机１５０×１５０×１５０２．２５弯曲万能力学试验机４０×４０×１６００．１０剪切万能力学试验机１００×１００×３００２．２５１．４　静载作用下钢筋混凝土的变形行为测试图７　ＤＳＣＭ结构示意 利用数字散斑相关分析技术与显微光学技术，分别沿着犡轴、犢轴方向（试块横、纵位移方向）记录负泊松比钢筋混凝土试块在不同类型的应力载荷作用下微区变形场散斑图像，精准测量负泊松比钢筋混凝土试块在不同方向的应变程度和泊松比分布等，并通过微结构表征确定负泊松比钢筋混凝土试块的各向异性结构参数，得到应变场与泊松比变化规律，从而判断钢筋混凝土试块的变形行为．ＤＳＣＭ结构示意见图７．４第５期 宋晓辉，等：钢筋混凝土的负泊松比设计及其常规力学性能研究 每组实验均测试３种试块，选取其中斑点形成清晰，拍照效果最好、相关系数最高且大于０．９５的试块进行分析．２　结果与分析２．１　钢筋混凝土的抗拉性能与变形行为研究２．１．１　应力应变曲线图８给出了２８ｄ龄期的３种试块在拉伸应力下的应力 应变曲线．可以发现，加入钢筋骨架的试块（ＰＧ，ＸＸ）在达到峰值应力之后，出现了应力下降—应力上升—应力下降的循环，这说明钢筋骨架使得试块的断裂形式从一次性断裂转变为裂纹的不断扩展并最终转化为钢筋受拉的断裂模式．对数据进行对比可发现，当试块的受拉转变为钢筋的受拉后，骨架受拉的峰值应力星形大于方形，这说明随着钢筋骨架结构内凹角的存在，可在一定程度上提升钢筋的抗拉性能．弹性模量（犈）定义为单向应力状态下应力（σ）除以该方向的应变（ε），即弹性模量计算公式犈＝σ／ε，应力 应变曲线弹性阶段的曲线斜率即是试块的弹性模量，显然钢筋骨架存在内凹角时，试块的弹性模量上升．２．１．２　泊松比分布由图９（ａ）可以发现素混凝土试块破坏面的泊松比主要分布在０以上，说明其不具有负泊松比效应；对比图（ｂ）可知，方形钢筋混凝土破坏面的泊松比大部分也为正值；而由图（ｃ）可知，星形钢筋混凝土破坏面的泊松比出现负值，说明星形钢筋在受拉时可以引发负泊松比效应．总体看来，３组试块破坏面的泊松比呈下降趋势，试块的泊松比减小．图９　抗拉测试泊松比值分布散斑计算结果较为精确地反映了该区域位移场的信息，对试块在拉伸应力作用下泊松比分布进行分析，图９（ａ）（ｂ）云图上都出现泊松比的局部峰值，（ｃ）图反而出现局部的谷值，这是由于在拉应力影响下，具有星形钢筋结构的试块在垂直于外应力的方向上产生膨胀的趋势，因而引进泊松比值的降低甚至趋于负值；而其他２组试块垂直于拉应力方向发生收缩变形，因此显示为正值的泊松比．５青岛理工大学学报第４１卷２．２　钢筋混凝土的抗压性能与变形行为研究２．２．１　应力应变曲线由于实验室设备限制，无法得到载荷随位移变化而变化的规律曲线，只能测量试块的最终位移量，计算出最终应变．根据胡克定律描述，在弹性范围内，大多数材料的形变与受力成正比，因此可以理想化地认为试块为弹性破坏，其载荷随位移的变化为均匀变化，即应力随应变为均匀变化．将应力按加载时间均匀分成１０份，同样，将应变按最大位移量均匀分成１０份，将每个点的应力和应变对应，选择抗压强度与其强度平均值接近的试块，由公式σ＝犉／犃（其中，σ为应力，犉为荷载，犃为受压面积）及ε＝（犔－犔０）／犔０（其中，ε为应变，犔０为试块原始长度，犔为试块变形后长度）可得到各类试块的应力 应变值，并画出抗压应力 应变曲线（图１０）． 分析应力应变曲线可以发现，星形钢筋混凝土试块相较于方形钢筋混凝土试块，其弹性阶段的曲线斜率明显升高，表明本实验设计的钢筋骨架结构能够提升试块的弹性模量．进一步研究发现，加入钢筋骨架可以显著提高混凝土结构的弹性模量．２．２．２　泊松比分布由图１１可知，素混凝土泊松比云图上虽然也出现了低谷值，但整体泊松比都在０附近，局部破环面出现泊松比峰值；方形钢筋混凝土泊松比也基本上在０附近，排除设备因素等误差影响，忽略部分负值，２种试块整体泊松比均为正值；而星形钢筋混凝土试块泊松比均低于０，说明星形钢筋混凝土具有良好的负泊松比性能．图１１　抗压测试泊松比分布由分析可知，受压应力时，不具备负泊松比效应的试块通过横向膨胀变形来缓冲外应力的冲击，反映到云图上为出现泊松比局部峰值；而素混凝土试块也出现低谷值是由于其内部无骨架结构，变形不均匀而６第５期 宋晓辉，等：钢筋混凝土的负泊松比设计及其常规力学性能研究导致；拥有负泊松比效应的星形钢筋混凝土试块则是通过发生横向收缩变形来降低压应力对整体结构的破坏．２．３　钢筋混凝土的抗弯性能与变形行为研究２．３．１　应力应变曲线图１２给出了３种钢筋结构类型的４０ｃｍ×４０ｃｍ×１６０ｃｍ试块在受到跨中载荷作用下的应力应变曲线．通过对比可以看出，具有内凹角骨架结构的星形钢筋混凝土试块在养护２８ｄ后，应力峰值相对于其他２种钢筋结构的同龄期试块具有０．１～０．２ＭＰａ的提升；分析应力 应变曲线可以发现，星形钢筋混凝土试块相较于素混凝土试块和方形钢筋混凝土试块，其弹性阶段的曲线斜率明显升高，表明本实验设计的钢筋骨架结构能够提升试块的弹性模量．２．３．２　泊松比分布由图１３（ａ）可知泊松比分布在０以上，说明素混凝土在弯曲过程中并不能产生负泊松比效应；图（ｂ）试块泊松比同样分布在０以上，不符合负泊松比效应；图（ｃ）的泊松比处于－０．０５～０．９０，但形变区域的泊松比处于－０．５０～２．５０，这说明所设计的星形钢筋骨架结构可以引发负泊松比效应．图１３　抗弯测试泊松比分布图１４　剪切测试泊松比分布７青岛理工大学学报第４１卷８ 在弯曲应力条件下，素混凝土泊松比谷值为０．６８，方形钢筋混凝土谷值为０．０５，星形则趋于负值，明显降低，这说明在弯曲载荷作用时，试块中加入钢筋骨架结构，能够有效减小混凝土试块的泊松比，理论上是由于星形钢筋骨架具有负泊松比效应，受弯时破坏区域会形成一个中空低气压带，从而提高材料的背部支撑力．２．４　钢筋混凝土的剪切变形行为研究由公式犌＝犈／２（１＋ν）可知，要求出剪切模量（犌）必须知道泊松比（ν）和弹性模量（犈）．因为试块已经被严重破坏，有很多裂纹、断面等，对测量造成一定难度，而在静载条件下求出的泊松比只能显示加入不同骨架结构试块的泊松比变化，显示出骨架结构有负的泊松比的趋势．图１４为剪切形变下样品泊松比表征图，观察可知，素混凝土泊松比值均为正值；方形钢筋混凝土泊松比值大部分在０以上；星形钢筋混凝土试块任意一点泊松比的值均为负值．从中可以得出，当泊松比值变为负值时，其抗剪能力显著提升，受剪切破坏形变程度降低．３　结论本文提出将负泊松比材料应用到混凝土结构中，制成具有负泊松比效应钢筋结构的拉胀混凝土，并测试了素混凝土、方形钢筋混凝土以及星形钢筋混凝土３种不同钢筋骨架类型的混凝土在４组静载实验下的变形情况，得到对应的应力 应变曲线以及泊松比示意，得出以下结论：１）常规力学性能测试结果表明：试块在受到拉伸应力时，星形钢筋的峰值应力以及线弹性阶段的曲线斜率均大于方形钢筋，可以得出随着钢筋骨架结构的优化，钢筋抗拉的性能和试块的弹性模量都得到提升；当施加压缩应力时，星形钢筋混凝土试块相较于方形钢筋混凝土试块，其弹性阶段的曲线斜率明显升高，表明实验设计的钢筋骨架结构能够提升试块的弹性模量；静载为弯曲应力时，分析应力 应变曲线可得，星形骨架试块的弹性模量均优于素混凝土试块及方形钢筋混凝土试块．２）泊松比测试结果表明：素混凝土试块在４种受力情况下，均不会产生负泊松比效应，泊松比大致都在０以上；方形钢筋混凝土试块的泊松比也同样均为正值，这也与实际情况相吻合；而星形钢筋混凝土试块泊松比基本在０以下，即星形结构混凝土可以得到负的泊松比．综上所述，星形钢筋混凝土具备负泊松比效应，而且比普通的钢筋混凝土有着更好的力学性能．基于受静载时星形结构钢筋混凝土拥有负泊松比材料的优良性能，若进一步研究动载条件下其力学性能以及变形情况，并应用于防爆领域，将创新性地突破已有的基础设施抗爆设计理论，有望为建筑抗爆材料的研发提供实验依据和理论基础．参考文献（犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊）：［１］　单桂芳，杨伟，冯建民，等．材料泊松比测试方法的研究进展［Ｊ］．材料导报，２００６（３）：１５ ２０．ＳＨＡＮＧｕｉ ｆａｎｇ，ＹＡＮＧＷｅｉ，ＦＥＮＧＪｉａｎ ｍｉｎ，ｅｔａｌ．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｖｉｅｗ，２００６（３）：１５ ２０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［２］　任鑫，张相玉，谢亿民．负泊松比材料和结构的研究进展［Ｊ］．力学学报，２０１９，５１（３）：６５６ ６８７．ＲＥＮＸｉｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｎｇ ｙｕ，ＸＩＥＹｉ ｍｉｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎａｕｘｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１９，５１（３）：６５６ ６８７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［３］　侯秀慧，尹冠生．负泊松比蜂窝抗冲击性能分析［Ｊ］．机械强度，２０１６，３８（５）：９０５ ９１０．ＨＯＵＸｉｕ ｈｕｉ，ＹＩＮＧｕｉ ｓｈｅｎｇ．Ｄｙｎａｍｉｃｃｒｕｓｈｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａｕｘｅｔｉｃｈｏｎｅｙｃｏｍｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ，２０１６，３８（５）：９０５ ９１０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］　韩会龙，张新春，王鹏．负泊松比蜂窝材料的动力学响应及能量吸收特性［Ｊ］．爆炸与冲击，２０１９，３９（１）：４７ ５７．ＨＡＮＨｕｉ ｌｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ ｃｈｕｎ，ＷＡＮＧＰｅｎｇ．ＤｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｎｄｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｏｎｅｙｃｏｍｂｓｗｉｔｈｎｅｇａｔｉｖｅＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏ［Ｊ］．ＥｘｐｌｏｓｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋＷａｖｅｓ，２０１９，３９（１）：４７ ５７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］　田忠良．泊松比与拉伸和旋转的内在联系［Ｄ］．合肥：中国科学技术大学，２０１５．ＴＩＡＮＺｈｏｎｇ ｌｉａｎｇ．ＴｈｅｉｎｔｒｉｎｓｉｃｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆＰｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏｏｎｓｔｒｅｔｃｈａｎｄｒｏｔａｔｉｏｎ［Ｄ］．Ｈｅｆｅｉ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［６］　马丕波，常玉萍，蒋高明．负泊松比针织结构及其应用［Ｊ］．纺织导报，２０１５（７）：４７ ５０．ＭＡＰｉ ｂｏ，ＣＨＡＮＧＹｕ ｐｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＧａｏ ｍｉｎｇ．Ｋｎｉｔｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｎｅｇａｔｉｖｅｐｏｉｓｓｏｎ′ｓｒａｔｉｏ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＴｅｘｔｉｌｅＬｅａｄｅｒ，２０１５（７）：４７ ５０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［７］　吴秉鸿，张相闻，杨德庆．星型负泊松比多孔材料力学性能及应用研究［Ｊ］．固体力学学报，２０１８，３９（２）：１３９ １５１．ＷＵＢｉｎｇ ｈｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉａｎｇ ｗｅｎ，ＹＡＮＧＤｅ ｑｉｎｇ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｒ ｓｈａｐｅｄｃｅｌｌｕｌａｒａｕｘｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１８，３９（２）：１３９ １５１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（责任编辑　赵金环）。

负泊松比材料应用
负泊松比材料是一种特殊的材料，其泊松比小于0，即在受力时会出现横向收缩而非膨胀。

这种特性使得负泊松比材料在许多领域具有广泛的应用，例如：
1.医疗领域：负泊松比材料可以作为骨骼替代材料，因为它可以减少骨骼植入物与周围骨骼之间的应力差异，减少骨折和软组织损伤的概率。

2.纺织品领域：负泊松比材料可以用于制造高性能纤维，使得纤维在拉伸时不会变薄，提高了纺织品的耐用性和弹性。

3.建筑领域：负泊松比材料可以用于制造地震防护材料和隔震垫，减少建筑物在地震时的震动幅度和损坏。

4.航空航天领域：负泊松比材料可以用于制造高性能复合材料，具有轻量化和高强度的特点，可以用于制造飞机和卫星等航空航天器件。

负泊松比材料的应用前景非常广阔，随着材料科学的不断发展和创新，其应用领域还将不断拓展和深化。

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负泊松比材料应用
负泊松比材料是一种具有特殊物理性质的材料，其泊松比小于0，即当材料受到压力时，其横向收缩的程度小于纵向伸展的程度。

这种特殊的性质使得负泊松比材料在许多应用领域具有广泛的应用前景。

一方面，在材料科学领域，负泊松比材料可用于制造高强度、高刚度的复合材料。

由于其特殊的物理性质，负泊松比材料可以有效地缓解复合材料在受力时的应变，从而提高复合材料的机械性能。

因此，负泊松比材料在航空航天、汽车、船舶等领域的应用前景十分广阔。

另一方面，在医学领域，负泊松比材料也有着重要的应用价值。

例如，在人工骨骼和关节的制造中，负泊松比材料可以有效地模拟人体骨骼和关节的物理性质，从而提高人工骨骼和关节的适应性和使用寿命。

此外，负泊松比材料还可以用于制造人工心脏瓣膜、人工血管等医疗器械，为医学科技的发展带来了新的机遇。

总之，负泊松比材料在材料科学、医学等领域的应用前景非常广阔，我们有理由相信，随着相关技术的不断发展和突破，负泊松比材料的应用前景将会越来越广阔。

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《复杂加载下内凹负泊松比蜂窝的多轴屈服行为及斜冲击响应研究》篇一一、引言随着现代工程技术的不断发展，材料的多轴屈服行为及冲击响应研究成为了材料科学领域的重要课题。

内凹负泊松比蜂窝作为一种具有特殊结构的材料，在承受复杂加载和斜冲击时展现出独特的力学性能。

本文将深入探讨该材料在多轴加载条件下的屈服行为及在斜冲击条件下的响应特性，为该类材料在工程应用中的设计和优化提供理论支持。

二、内凹负泊松比蜂窝结构特性内凹负泊松比蜂窝是一种具有特殊几何形状的蜂窝结构，其独特的内凹形状使得该结构在承受外力时具有优异的能量吸收能力和变形协调能力。

负泊松比效应使得该结构在受到压缩时，能产生较大的横向膨胀，从而实现更好的能量吸收和保护效果。

三、多轴屈服行为研究（一）研究方法通过建立内凹负泊松比蜂窝的有限元模型，结合多轴加载实验数据，分析材料在不同方向的应力-应变响应，探究其多轴屈服行为。

（二）实验结果与讨论实验结果表明，内凹负泊松比蜂窝在多轴加载下表现出优异的力学性能，其屈服行为受到多种因素的影响，如加载方向、加载速率、温度等。

在多轴加载过程中，该材料表现出较高的能量吸收能力和良好的塑性变形能力。

此外，该材料的屈服行为具有明显的各向异性特点，不同方向的屈服强度和应变硬化行为存在显著差异。

四、斜冲击响应研究（一）研究方法采用高速摄影技术和数值模拟方法，研究内凹负泊松比蜂窝在斜冲击条件下的动态响应和破坏过程。

通过分析冲击力、能量吸收及材料变形等参数，评估材料的抗冲击性能。

（二）实验结果与讨论实验结果表明，内凹负泊松比蜂窝在斜冲击条件下表现出良好的能量吸收能力和抗冲击性能。

在冲击过程中，该材料能够通过内凹结构的变形和能量耗散机制，有效吸收冲击能量，降低冲击力对结构的影响。

此外，该材料的斜冲击响应还受到材料厚度、冲击角度和速度等因素的影响。

五、结论本文通过对复杂加载下内凹负泊松比蜂窝的多轴屈服行为及斜冲击响应的研究，揭示了该材料在多轴加载和斜冲击条件下的力学性能和破坏机制。

负泊松比晶格结构
负泊松比晶格结构是一种特殊的晶体结构，其在材料科学和物理学中具有重要的应用。

本文将从人类的视角出发，描述负泊松比晶格结构的特点和应用。

负泊松比晶格结构是一种非常罕见的晶体结构，它具有特殊的机械性能。

与普通的泊松比晶格结构相比，负泊松比晶格结构在某些方向上的膨胀和压缩行为是相反的。

这意味着当负泊松比材料受到外力作用时，在某些方向上会出现压缩，而在其他方向上则会出现膨胀。

这种特殊的性质使得负泊松比材料在抗震、减振和隔音等方面具有独特的优势。

负泊松比晶格结构的应用非常广泛。

在建筑领域，负泊松比材料可以用于制造抗震支撑结构，提高建筑物在地震中的抗震性能。

在航空航天领域，负泊松比材料可以用于制造减震装置，提高航天器在飞行过程中的稳定性和安全性。

此外，负泊松比材料还可以用于制造隔音材料，提高声音的隔离效果。

负泊松比晶格结构的发现对材料科学和物理学的发展产生了重要的影响。

科学家们通过研究负泊松比材料的结构和性质，不仅拓宽了人们对晶体结构的认识，还为材料的设计和应用提供了新的思路和方法。

负泊松比材料的研究还为开发更具创新性和高性能的材料提供了重要的参考。

负泊松比晶格结构是一种具有特殊机械性能的晶体结构，其在抗震、减振和隔音等方面具有独特的优势。

负泊松比材料的研究对材料科学和物理学的发展具有重要的意义，为材料的设计和应用提供了新的思路和方法。

通过深入研究负泊松比材料的结构和性质，我们可以进一步拓宽对晶体结构的认识，并为开发更具创新性和高性能的材料做出贡献。