张力诱导软应力与液晶弹性弯曲用于增强能量耗散

利用buckling不稳定可逆捕获能量的结构材料已被证明有效用于冲击保护。通过在buckling构件中纳入液晶弹性材料行为，可进一步增强这些结构材料的能量吸收能力。在常规弹性行为之外，液晶弹性材料(LCE)还表现出在机械负载下沉积分子旋转导致的高度耗散的速率相关软应力响应。然而，由于buckling发生在沉积分子旋转阈值以下的应变范围内，这些buckling构件无法利用这一耗散机制。本研究考察张力诱导的软应力行为作为压缩下倾斜LCE梁构成的晶格结构中水平构件的额外耗散机制。实验表明，具有两种交联密度的LCE的弹性行为被实验测量，并在Abaqus/Standard中实现了用于模拟单域LCE有限应变行为的非线性弹性模型，包括软应力响应。模拟与实验结果显示，能量耗散对水平LCE构件与倾斜LCE构件厚度比例呈非单调依赖。通过平衡张力驱动的软应力与弹性梁弯曲，优化后的结构中可拉伸的横向梁比刚性梁构件耗散的能量多2-3倍。这些发现表明了一种新的设计策略，用于增强基于LCE的结构材料的能量耗散能力。