孔隙结构对超材料能量释放和回弹速度的影响

结构对能量释放的作用在具有圆形孔 (a0 = b0) 和椭圆形孔 (a0 = 0.125b0) 的回弹超材料中表现明显，这些超材料的回弹过程通过高速相机 (Photron Fastcam SA3) 以 20,000 帧/秒的速度捕捉到 [图3(a)]。在 t = 0 毫秒时，回弹由一个沿 y 方向传播的弹性波从垂直悬挂的样品中产生，没有任何外部平面导向约束。圆形孔超材料的变形通过韧带的平移回缩来表现出来，而椭圆结构样品的变形主要由连接板的旋转所主导 (视频 S1 和 S2，补充资料 [29])。由于超材料的厚度 (h) 远大于韧带的宽度，h ≈ 3w0，在回弹过程中抑制了平面外弯曲。

我们使用一个在中心位置放置的标记物追踪板的位置 (补充资料 [29])。在图 3(b) 中，与图 3(a) 中颜色标记对应的缩放后的位置被绘制为与回弹时间的关系。超材料中的板以恒定的回弹速度 V 回弹，这个速度是图 3(b) 中测得的位移-时间曲线的最大斜率。具有圆形孔的超材料的回弹速度比具有椭圆形孔的超材料快约 3 倍。

为了建立回弹速度与内部结构之间的关系，我们比较了具有不同孔隙形状的超材料的回弹速度 [图 3(c)]。在条带中，回弹速度受到零应变状态下的声速 c0 和应变 ε 的影响，V=c0 ≈ ε/(1+ε) [14,16]。超材料的回弹速度与条带的回弹速度有显著偏差，并且当孔隙形状从圆形变为椭圆形时，回弹速度显著降低，这表明内部结构对控制回弹速度非常重要。