拓扑麦克斯韦超材料中的应力聚焦与损伤防护

拓扑力学领域的进展凸显了麦克斯韦晶格的若干特殊力学性质，包括在其边缘与界面聚焦零能软模与自应力态（SSS）的能力。由于其拓扑特性，这些现象对晶格几何与材料性质的扰动具有保护性，使其对结构非理想性、缺陷与损伤的出现具有鲁棒性。近期计算工作表明，麦克斯韦晶格沿预设SSS域壁聚焦应力的能力可被用于保护晶格体相中的其他区域免受有害应力集中，并潜在抑制孔与裂纹等应力热点处断裂机制的起始。该性质为设计对抗损伤与断裂鲁棒的晶格构型提供了一种强大的、基于几何的工具。本工作中，我们在以非理想、有限厚度铰链为特征的现实结构晶格背景下，对这一思想提供全面的实验驱动探索。我们的实验记录了显著的域壁应力聚焦的出现，表明即便在结构铰链的稀释效应存在下，极化仍具有非凡的鲁棒性。我们还证明该极化保护晶格免受体相中缺陷铰链与裂纹的潜在失效。最后，我们通过数值说明SSS域壁相较于其他平凡形式增强的优越性。