利用空间-角度功能梯度仿生鳞片实现悬臂梁可定制弹性

悬臂梁作为结构与传感元件在众多应用中极为重要。赋予其可定制弹性具有广泛的工程意义。此类可定制性可通过梁材料或截面的某种空间梯度实现。然而，这常需大量的增材与减材材料加工或专用模具。本快报展示了一种受生物启发的力学途径，其基于解析方法利用表面仿生鳞片功能梯度分布所产生的非线性。该功能梯度源于几何，可由鳞片的时空或角度梯度引起。我们分析了均匀载荷下此类功能梯度悬臂梁。与均匀分布鳞片相比，我们发现空间与角度梯度下弯曲刚度均存在显著差异。空间与角度功能梯度在影响底层梁方面既有某些普适性，也有鲜明对比。结构中两类梯度的组合可交替增大或减小刚度，从而提供相对简便地定制悬臂梁弹性的途径。这些结果给出了一个用于设计与优化杠杆固体形貌的架构框架。