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1. 三维张拉整体超材料，使非局部化变形，展示了一种通往优越的抗失效承载系统的途径；
2. 与同等强度的先进晶格结构相比，变形能力提高了25倍，能量吸收能力也提高了数个数量级，具有前所未有的抗破坏能力；
3. 该研究为可重复使用的冲击保护系统及自适应承重结构的高级工程系统设计提供了重要的基础。
材料和结构的失效本质上与其局部机制有关，如金属中的剪切带、陶瓷中的裂纹扩展以及单个支柱屈曲后空间桁架的倒塌。为了确保在真实场景非线性载荷条件下结构的鲁棒性，工程上常采用过设计来保证系统的安全性。
近些年，研究人员利用纳米材料尺寸效应开发出应用于增材制造、层次结构、外壳设计和微晶格结构的高强度、高刚度的新型材料，尽管在实验室条件下这些材料表现出高压缩应变的变形能力及优异的可恢复性，但是这些变形仍然是高度局部化的且不稳定的，并且具有逐层坍塌的特征，存在局部失效而影响整体结构破坏的问题。
材料和结构（韧性金属、脆性陶瓷和空间桁架等）的失效往往是由局部剪切带或者裂纹而形成的连锁反应造成的，此时整个系统的大部分结构还未损坏，为了打破这一既定范式，加利福尼亚大学的Lorenzo Valdevit教授团队近日在知名期刊《Advanced Materials》报道了一种3D张拉整体超材料结构，该结构通过八面体基本单元递归反射构造设计，并采用双光子聚合-激光直写（TPP-DLW）3D打印加工来实现压缩单元的不连续性以及非局部性变形的空间张拉整体超材料结构，使变形离散化，与同等强度的先进晶格结构相比，它的变形能力提高了25倍，能量吸收能力也提高了几个数量级，具有前所未有的抗破坏能力。该研究为可重复使用的冲击保护系统及自适应承重结构的高级工程系统设计提供了重要基础，展示了实现优越抗破坏承载系统的新途径。
图文展示1：与现有以拉伸和弯曲为主的结构相比，张拉整体超材料可实现非局部化变形。
从实验结果可以看出，张拉整体超材料对所施加的应变只有很小的依赖性，非局部变形效率保持在ηd= 90％以上，相比之下，octet结构的ηd值随施加应变的增加而降至35％。同样，Kelvin结构的ηd在剪切过程中降至67％。对于这两种结构，最快局部变形发生在应力应变曲线突变处，如Kelvin结构在ε= 17％时应力急速下降。
图文展示2：张拉整体超材料通过非局部变形抵抗损伤。
与局部变形相一致，Octet结构的弹性性质在进一步施加应力下迅速退化。相对于第一个循环，将εc增加10%分别导致55%和70%的刚度和屈服强度下降。同时，张拉整体超材料分别保留了约98%和90%的初始刚度和屈服强度，与上述非局部变形一致。对于较大的εc，Octet结构性能下降到初始值的10%以下，而张拉整体超材料的性能明显更好。当εc=70%时，与张拉整体超材料的70%相比，Octet只有其初始刚度的7%。对于屈服强度，发现了类似的关系，尽管具有较高的分散性。从绝对值来看，初始Octet结构屈服强度和刚度分别是相应张拉整体超材料性能的9倍和14倍。随着应变的增加，Octet性能下降得更快，两种结构的εc都达到了≈45%以上。
图文展示3：张拉整体超材料在相同密度和相同强度的连续压缩结构中实现了卓越的变形能力和能量吸收能力而不会发生破坏。
全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005647
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