功能材料卓越论坛 |陈焱教授——折纸超材料

发布者:袁敏敏发布时间:2020-06-01

2020年5月29日下午2点,功能材料卓越论坛第三期第三讲在线上开讲。本次讲座我们非常荣幸地邀请到天津大学陈焱教授作为主讲嘉宾,为我们带来了题为“折纸超材料”的报告。本次报告由我院卢明辉副院长线上主持。

陈焱教授是天津大学机械工程学院讲席教授,英国牛津大学博士。同时也是“机构理论与装备设计”教育部重点实验室常务副主任,英国机械工程师学会会士(FIMechE)。

她的研究方向以机构理论为核心,涉及机构学、力学和结构工程等多学科的交叉领域。重点研究可展结构的设计方法、过约束机构的构建与运动学特性分析、折纸结构的机构学模型与超材料设计方法等基础理论,及其在大型航天展开结构、新型轻质工程结构、医疗折展结构等方面的工程应用,形成了较为完整的机构理论与结构设计交叉融合的科研体系。陈焱教授现为国际机构学与机器科学联合会(IFToMM)中国委员会副主席;获得国家自然科学基金杰出青年科学基金。

本次报告,陈教授首先介绍了可展结构的研究背景,同时介绍了面展开的折纸结构在医疗、航天等领域的重要应用。随着折纸工程学的兴起,折纸型超材料也逐渐表现出在超材料领域的潜力。无论是二维或三维结构,都可以通过对折纸折痕几何形状参数的有效设计来实现超材料可调节的机械性能。


报告中介绍了基于刚性折纸来设计和分析超材料的方法。首先,从机构运动学角度来设计折痕的分布。其中,采用刚性折纸机构运动学模型可以很好的预估材料中间构型的变化,同时配合折纸折痕的山谷线分布设计,可以实现材料刚性折叠或非刚性折叠。

然后,根据折叠的变形机理,分析所获得的超材料的机械性能,设计性能可以调控和编程的新型折纸超材料。由于对机构运动学的过程有十分透彻的了解,陈焱教授设计出了很多独特的超材料结构,包括通过调控山谷线分布的形式,设计出不同的负泊松比折纸超材料。以及通过折纸结构的渐变,实现层间刚度的渐变以获得梯度刚度折纸超材料。

最后,陈焱教授介绍了自己在电磁超材料、声学超材料、热学超材料、波动超材料等多领域超材料的交叉研究成果,并对折纸材料的发展进行了展望。折纸材料设计的过程把机构运动学设计与结构分析相结合,当与其他领域进行交叉研究时,将会展现非常巨大的潜力。

报告结束,老师和同学们踊跃提问,并与陈焱教授就材料的设计进行了交流,现场气氛热烈而融洽。

(供稿人 马超群)