一种基于水平集函数加权组合的壳基力学超材料设计策略

本发明提出一种基于水平集函数加权组合的壳基力学超材料设计策略。该框架受到三周期极小曲面的启发，采用水平集函数加权组合策略来构建壳基力学超材料数据库。通过体素建模的均质化理论评估了超材料的有效弹性性能。开发了一种反向传播神经网络模型，该模型能够实现壳基单元的几何参数与材料属性之间的逆向映射。此外，本发明采用准静态压缩试验验证了均质化理论的可靠性，并评估了提出的壳基结构的有效弹性特性和压缩响应。研究结果表明，壳基力学超材料不仅显示出各向同性弹性和超越Hashin‑Shtrikman理论上限的高刚度，而且在压缩下，其屈服强度和能量吸收能力均有显著提升。该设计最终形成了一系列轻量化、高刚强度的结构，并且通过PolyJet技术3D打印成型。