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2024年4月
，，壹号娱乐APP西席李祖宇博士在《自然》子刊Nature Communications揭晓题为“基于多层战略与拓扑优化天生的极高刚度超质料”（Ultrastiff metamaterials generated through a multilayer strategy and topology optimization）的研究论文。这一研究效果以轻质点阵工程结构为研究工具
，，提出了一种连系多层嵌套战略与拓扑优化要领的壳系微结构设计框架
，，优化设计获得了一系列具有极高刚度的新型点阵超质料。

全文速览：：：

由差别类型几何组件所形成的超质料往往具有差别的力学性子
，，如杆系、、、梁系、、、板系、、、壳系的点阵超质料在差别方面各有优点。为充分探索各结构组件类型的潜力
，，该研究提出一种连系多层嵌套战略与拓扑优化要领的点阵超质料设计手艺：：：以三周期极小曲面为基础工具
，，通过壳体的多层嵌套
，，实现设计空间的扩展、、、设计自由度的增添、、、设计可能性的多样化
，，进一步连系水平集拓扑优化要领
，，对多层壳系的周期性微结构举行轻量化
，，最终由盘算机自动与理性地寻优设计获得如图1所示的一系列梁-板-壳混淆系统的点阵超质料。

图1 壳系点阵微结构的多层嵌套战略与拓扑优化原理

该研究接纳增材制造手艺加工制备出响应的点阵超质料
，，并以有限元数值仿真与样品物理测试相连系的方式
，，验证与剖析了这一系列超质料所具有的极高刚度与优异吸能性。同时
，，在研发具有可调理刚度与声、、、电、、、流等多物理场特征的

新型超质料方面
，，该研究中所提出的设计框架体现出重大的应用潜力。

图2 优化设计所得超质料的刚度与强度性能

作者介绍：：：

壹号娱乐APP自动化学院西席李祖宇博士、、、清华大学航天航空学院副教授杜建镔为论文的配合通讯作者
，，清华大学航天航空学院博士研究生刘洋为论文的第一作者。论文相助者还包括清华大学博士研究生王永桢、、、任宏塬、、、陈雪乾
，，新加坡南洋理工大学王一凡副教授、、、孟志强博士
，，美国西北大学陈卫院士、、、王力为博士。

（文/图 自动化学院）

撰稿：：：李祖宇    审稿：：：高志英    审核：：：方略    签发：：：贺嫁姿