第61卷第3期Vol.61No.32023年3月March2023农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING0引言蜂窝结构作为一种新型仿生结构，具有强度高、质量轻、比强度和比刚度大等特点，广泛应用于航天、生物医学、建筑等领域。常见的蜂窝结构有六边形、菱形、四边形和菱形等常规结构[1-3]。随着微纳米加工[4]和增材制造（AM）技术[5]的发展，材料设计的空间得到了极大的拓展。早期学者研究的蜂窝结构多为正泊松比，随着加工技术的发展和研究的不断深入，各种负泊松比材料结构不断涌现。早在1944年Love就发现了负泊松比特性的材料[6]，直到1987年Lakes首次报道了一种制备负泊松比的有效方法。此后负泊松比材料和结构引起了学者们的广泛关注和研究[7]。随着研究成果的发展，这种人造材料已被证明具有优良的抗冲击、抗断裂、抗剪切和耗能性能[8]，在医疗器械、缓冲吸能和人工智能领域，如食道支架[9]、螺钉[10]、缓冲垫[11]、智能传感器[12]等方面，具有巨大的潜力。过去几十年已经设计了多种负泊松比多胞结构，并对其力学性能进行了一些研究。这些设计多为周期性结构，相对孔隙分布均匀。从微观结构上看，单胞可能是优化后的设计，但是从宏观孔洞分布看就是未优化的均匀分布结构。而且当孔洞越小、孔隙率越大时，蜂窝的内部结构就越复杂，使用有限分析时计算工作量越大，消耗时越长。为了有效分析蜂窝结构的力学性能[13]和后续的宏观分布的拓扑优化，很多学者将非均匀的材料视为宏观等效连续的材料，通过解析或者数值等方法得到均匀化方案，使非均匀的材料均匀化[14]。Gibson等[15]的研究方法一般用于结构比较简单的单胞结构，对于较为复杂的负泊松比单胞结构使用Gibson的方法计算等效弹性性能会存在较大误差，所以需要对该方法进行修正。本文主要研究二维负泊松比蜂窝结构的选型和多胞结构孔隙率与等效弹性性能之间的关系，并推出弹性性能预测公式。doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.03.023负泊松比蜂窝结构的选型和等效弹性性能分析陆莎莎（200093上海市上海理工大学机械工程学院）[摘要]对负泊松比多胞蜂窝结构性能进行分析，得到更加准确的等效弹性性能预测公式。使用ANSYS软件对4种负泊松比蜂窝结构进行压缩模拟实验和三点弯曲模拟实验，选取出等效弹性性能最佳的蜂窝结构为椭圆型蜂窝结构。用有限元分析和孔隙率修正2种方法，分别求得椭圆蜂窝结构的等效弹性模量、等效泊松比、等效剪切模量在孔隙率为0.1~0.7的曲线变化，得出有限元拟合...
