一种异常降低细长纤维增强复合材料结构刚度的铰链效应
软凝聚态物质
2025-08-12 v1
摘要
我们提供了实验证据，证明纤维增强聚合物复合材料因嵌入纤维而出现异常刚度降低。一个含碳纤维的壳体在压缩载荷下刚度降低约 20%，强度提高 100%。我们通过纤维拔出测试排除了因浸渍不充分导致纤维脱粘的作用，该测试表明纤维-基体界面在纤维方向上结合牢固。因此，我们假设纤维允许基体材料像铰链一样围绕其旋转。我们通过嵌入细长复合梁中纤维的小变形和大变形的分析模型与实验数据，证实了这一我们称之为铰链效应的现象。我们还展示了由嵌入纤维实现的具有山折和谷折的可折叠与可展开片材的设计。此外，铰链效应值得进一步研究细长复合结构中纤维如何产生异常柔性的物理机制。这种效应可有益地用于设计既应柔韧又应坚固的新型折纸结构和柔顺机构。
引用
@article{arxiv.2508.06903,
title = {A hinge effect that anomalously decreases the stiffness of slender fiber-reinforced composite structures},
author = {Vivek Khatua and Debashish Das and G. K. Ananthasuresh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.06903},
year = {2025}
}
备注
Letter format; 6 Figures 9 Pages