近日，合肥工业大学机械工程学院赵昌方副教授，联合南京理工大学、南京林业大学、北京大学、威斯康星大学、香港理工大学、剑桥大学等单位，在可编程多功能拉胀超材料研究领域取得突破性成果，相关论文发表于结构工程领域国际权威期刊Engineering Structures (TOP期刊，即时影响因子7.7)。

拉胀超材料(Auxetic Metamaterials)具有拉伸时横向膨胀的反直觉变形特性，在航空航天、汽车工业等领域展现出重要的应用潜力。然而，传统拉胀超材料普遍存在泊松比固定、变形模式单一、承载响应受限等瓶颈问题，难以满足航天变构装备对可编程性与可重构性的需求。

针对上述问题，赵昌方副教授团队受自然界分形几何自相似特征的启发，将凹肋与传统内凹拉胀结构相融合，地提出了一类凹肋改进型拉胀超材料(Concave-rib-modified auxetic metamaterial, CRMAM)。该结构实现了泊松比从负值到正值的宽域可编程调控、多步顺序变形及多级承载平台等核心设计目标。

图1  凹肋改进拉胀超材料的设计思路

研究团队通过准静态压缩测试、动态冲击仿真及声子带隙计算，对CRMAM的力学行为开展了系统研究。结果显示，该新型超材料的比吸能(SEA)相较传统内凹结构提升了135%以上；在动态冲击条件下，结构呈现出三种典型的速度相关压溃模式，并确定了两个关键的临界冲击速度阈值。此外，通过编程凹肋位置，CRMAM可产生覆盖500–3600 Hz范围的超宽声子带隙，展现出优异的减振性能。理论预测模型能够较为准确地描述CRMAM的弹塑性屈服行为，对实验中展现的多步变形与平稳多平台承载特性做出了解释。

该研究成果突破了传统拉胀材料负泊松比固定、变形模式单一、功能响应受限的局限，将力学性能的按需编程、多级承载调控与弹性波控制纳入统一的超材料设计框架，为智能缓冲防护、自适应吸能结构和振动抑制等工程应用提供了新的设计路径。

合肥工业大学赵昌方副教授为论文的唯一第一作者，南京理工大学博士研究生刘洋佐、南京林业大学张江帆博士、北京大学许春雨博士、威斯康星大学应超博士和香港理工大学王群博士为论文的共同作者，剑桥大学孟志强博士为论文的唯一通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、国家资助博士后研究人员计划、博士后科研业绩评估考核资助等项目的共同资助。

文章标题：Programmable multifunctional auxetic metamaterials via concave rib architecture

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2026.122501