拓扑超材料中通过自应力状态的选择性屈曲

自应力状态（结构元件的拉伸和压缩导致零净力）在决定从桥梁到具有可调机械性能的超材料的结构的承载能力方面起着重要作用。我们利用一类最近引入的类似于拓扑量子态的自应力状态，在周期性多孔超材料内部雕刻局部屈曲区域。尽管拓扑自应力状态出现在由自由铰链连接的谐波弹簧组成的理想化力学框架的线性响应中，但它们在由具有刚性连接的弹性梁构建的多孔材料的非线性屈曲行为中留下了明显的特征。这些局部屈曲区域的显著特征是，就组成元件的材料参数或连接性而言，它们与周围环境无法区分。此外，它们对大范围的结构扰动具有鲁棒性。我们通过分析和数值计算以及在对由堆叠的kagome晶格构建的二维和三维超材料进行的屈曲实验，证明了这种拓扑设计的有效性。