具有可调弹性模量的镶嵌颗粒超材料

大多数颗粒堆积具有随外加压力增大而增大的剪切模量（$G$），以及随压力增大而增大或保持不变的体积模量（$B$）。本文提出一种“镶嵌”颗粒超材料，其 $G$ 与比值 $G/B$ 均随压力增大而减小。该颗粒超材料由柔性镶嵌结构构成，形成一圈封闭单元，每个单元包含少量固体颗粒。对于欠约束镶嵌结构，$G$ 和 $B$ 的主要贡献来自颗粒-颗粒与颗粒-单元相互作用。借助单元中特定的颗粒构型，我们限制了可能的颗粒重排数目，从而在增大镶嵌结构内外压差时实现 $G$ 的减小，并在大压力下达到 $G/B \ll 1$。我们进一步研究了含单个颗粒及多个颗粒的单元的镶嵌颗粒超材料，以确定控制颗粒填充镶嵌结构随压力变化的力学响应的变量。