逐针编程针织材料的力学特性

针织将一维材料纱线转化为柔韧、耐用 [1] 的二维织物，并可被塑形以呈现广泛的 3D 几何形状 [2]。与其他力学超材料 [3] 类似，针织织物的弹性是局部针迹拓扑与花型的涌现性质，不能仅归因于纱线本身。因此，针织可视为一种增材制造技术，允许逐针编程弹性性质，并在从软体机器人 [4-6]、可穿戴电子 [7,8] 到工程化组织 [9] 和架构化材料 [10,11] 的诸多领域中有应用。然而，基于针迹类型预测这些力学性质仍具挑战。本文我们厘清了若干类针织织物中针迹拓扑变化与涌现弹性之间的关系。我们结合实验与模拟，构建了这些织物非线性体响应的本构模型。该模型作为具有定制力学性质的复合织物之基础，其关键之处在于不依赖于组成纱线。