Об управлении свойствами (жесткостью) образцов из тетрахирального материала

На смену классической парадигме разработки материалов пришла альтернативная парадигма. Под классической в данном случае понимается работа над совершенствованием химического состава материала, например, при синтезе новых полимеров, композитов или сплавов для реконструкции тканей. Альтернативная парадигма говорит про переход к совершенно иным подходам. К ним можно отнести производство и использование метаматериалов. Метаматериалы – это конструкции с определенной геометрической структурой, элементы которой состоят из обычного материала, который называют базовым. Базовый материал метаматериала может быть любым, к примеру, пластик, металл, дерево и др., в зависимости от метода производства и сферы применения.
Кандидат наук Линар Ахметшин так комментирует полученные результаты: "В этом исследовании мы проводим численный анализ для изучения изменения свойств образцов из тетрахирального метаматериала. В работе мы фокусируемся на свойствах именно образцов, а не метаматериала, так как для практических применений интерес представляют именно конечные изделия. Образцы имели форму правильной прямой призмы, количество граней многоугольников в основаниях призм (поперечном сечении образцов) варьировалось от трех до n – круг. Для оценки свойств образцов мы рассматривали угол скручивания, силовую реакцию опоры и поперечную деформацию. Указанные свойства являются важными характеристиками образцов из метаматериала, и мы изучаем их чувствительность к форме конечных образцов".
Тетрахиральная структура метаматериала позволила образцам скручиваться при одноосном нагружении. Диапазон значений угла скручивания образцов варьируется от 3.99° до 8.66°, что дает разницу в 117%. В работе зафиксировано изменение поперечной деформации образцов. Получено наименьшее значение, равное 0.03 и наибольшее 0.58 из рассмотренных случаев. Продемонстрировано изменение реакции опоры со значительным и противоречивым набором результатов, которые связаны с формой сечения призм. Разница между наибольшим – 15881 Н и наименьшим – 11359 Н значениями составляет 40% при одинаковом значении площади поперечного сечения образцов и их пористости. Наибольшее значение скручивания наблюдалось в тех образцах, где осуществлялась эффективная передача усилия, указывая на взаимосвязь между внутренней структурной конфигурацией и механическим поведением при нагрузке. Таким образом, появляется возможность варьировать жесткость при сжатии образца без изменения площади его поперечного сечения. 

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема FWRW-2026-0007. Результаты исследования опубликованы в журнале Mechanics of Composite Materials (Q2):
Akhmetshin L.R. Towards controlling the properties of samples made from tetrachiral material / L.R. Akhmetshin and I.Yu. Smolin // Mechanics of Composite Materials. – 2026. – Vol.62 , № 1.