力学超材料设计与性能调控

　　随着超材料市场需求的增加，超材料领域逐渐表现出多学科交叉与多功能一体化的发展趋势，超材料在新型功能材料的研发、应用拓展方面具有广泛的应用前景。本书是一本关于力学超材料的专著，系统地阐述了力学超材料设计与性能调控理论。主要内容包括绪论、复合折纸超材料的设计和波动特性、折纸蜂窝超材料的设计和力学性能、双功能超材料的设计及其力学性能、基于机器学习的超材料设计与性能优化。本书汇聚了作者近年来在力学超材料领域取得的研究成果，编排上遵循由浅入深、由简单到复杂的原则，内容层层递进，便于读者阅读。

　　李春雷，华南理工大学副教授，博士生导师。现任广东省力学学会固体力学与结构力学专业委员会委员，广州市青科协能源与建设工程专委会常务委员，国家自然科学基金、广东省自然科学基金函评专家。主要研究领域为超材料多功能设计与性能优化、先进防护结构设计与冲击动力学、智能材料与结构力学、弹性波理论及其计算方法等。主持国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、广东省自然科学基金青年提升等项目8项。在IJSS、IJIE、MSSP等国际力学权威SCI期刊上发表论文50余篇（含ESI高被引论文3篇），出版学术专著2部。入选2023年广州市青年科技人才托举计划，获2023年广东省力学学会自然科学奖一等奖（排名第1）。姚小虎，华南理工大学土木与交通学院院长，国家杰出青年基金获得者，珠江学者特聘教授，享受国务院政府特殊津贴。现任广东省航空航天先进材料与结构工程技术中心主任，中国力学学会理事，中国力学学会爆炸力学专业委员会秘书长，《固体力学学报》和《爆炸与冲击》编委。入选2013年“新世纪优秀人才”支持计划。主要研究领域为爆炸与冲击动力学、微纳米与复合材料力学、航空航天材料与结构动力学等。主持国家杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点项目、科技部国际合作项目等项目50余项。累计发表期刊学术论文250余篇，出版学术专著4部。获省部级科技进步二等奖4项。韩强，华南理工大学二级教授，博士生导师。现任高等学校力学类专业教学指导委员会委员，广东省力学实验教学示范中心主任。主要围绕波动力学、冲击动力学等领域开展了系统深入地研究工作。出版中文学术专著5部，发表学术论文300余篇，其中SCI收录200余篇，EI收录40余篇。获得省部级科技奖励二等奖4项、三等奖1项等。

前言
第1章绪论1
1.1超材料的研究背景和意义1
1.2折纸超材料的研究进展3
1.2.1折纸结构的概念与发展3
1.2.2折纸结构的力学性能4
1.2.3折纸结构的波动特性8
1.2.4周期结构中的弹性波12
1.2.5半解析周期谱元法13
1.3机器学习在超材料领域中的应用15
第2章复合折纸超材料的设计和波动特性18
2.1引言18
2.2一维复合折叠梁的结构设计和波动特性18
2.2.1结构设计18
2.2.2波动特性20
2.2.3复合折叠梁的波动特性分析30
2.3波纹-折纸超材料的设计和带隙优化41
2.3.1多尺度微观力学模型41
2.3.2波纹-折纸超材料的微结构设计42
2.3.3能带和波传输特性43
2.3.4纳米复合材料的分布对带隙的影响45
2.3.5优化问题的定义48
2.3.6优化结果的讨论50
2.4点阵-折纸超材料的设计和性能优化60
2.4.1点阵-折纸超材料的结构设计60
2.4.2波动分析61
2.4.3低频带隙的宽频优化67
第3章折纸蜂窝超材料的设计和力学性能72
3.1引言72
3.2折纸蜂窝超材料的面内动态响应和吸能特性72
3.2.1内凹折纸蜂窝结构的设计73
3.2.2有限元模型73
3.2.3两种结构性能对比75
3.2.4参数变化79
3.2.5变形模式图83
3.2.6能量吸收84
3.2.7泊松比效应85
3.3梯度折纸蜂窝超材料的面内压缩性能87
3.3.1结构模型87
3.3.2数值模型与验证89
3.3.3理论分析90
3.3.4梯度内凹折纸蜂窝95
3.4层级折纸蜂窝超材料的力学性能和结构优化102
3.4.1超结构模型和耐撞性指标103
3.4.2数值模型和验证105
3.4.3理论分析108
3.4.4参数研究110
3.4.5多目标优化设计113
第4章双功能超材料的设计及其力学性能116
4.1引言116
4.2多层级内凹蜂窝超材料的波动与隔振特性116
4.2.1新型多层级内凹蜂窝超材料的几何参数117
4.2.2动态行为分析118
4.2.3隔振特性分析127
4.3局域共振折纸超材料的波动与缓冲性能135
4.3.1局域共振折纸超材料的波动建模135
4.3.2等效介质理论和频域传输谱136
4.3.3局域共振折纸超材料的波传输分析138
4.3.4带隙的参数化调控142
4.3.5局域共振折纸超材料的冲击波缓冲研究144
4.4多边形负刚度超材料的波动特性与调控148
4.4.1结构设计和负刚度特性分析148
4.4.2负刚度折纸超材料的波动特性分析152
4.4.3压缩诱导带隙演化156
第5章基于机器学习的超材料设计与性能优化165
5.1引言165
5.2定向衰减声子晶体逆向设计165
5.2.1一维声子晶体中的弹性波传播模型165
5.2.2深度学习模型169
5.2.3结果与讨论173
5.3基于强化学习的负泊松比蜂窝结构优化设计177
5.3.1设计和优化的方法论177
5.3.2数值结果182
5.3.3能量吸收能力191
5.4宽带隙高承载声学黑洞板的设计与性能优化197
5.4.1理论模型197
5.4.2半解析周期谱有限元法198
5.4.3基于机器学习的优化策略206
5.4.4结果与讨论211
5.4.5超板的优化215
参考文献222