Structural design and mechanical performance of novel low-Poisson’s-ratio airship envelope materials
Abstract
为改善传统囊体材料在拉伸作用下横向收缩显著、变形协调性差等问题，本文在典型聚酰胺/聚氨酯复合囊体材料的基础上，引入超材料结构设计理念，提出了一种具有低泊松比特性的新型囊体材料。首先，通过单轴拉伸试验获得典型囊体材料的应力–应变曲线及主要力学参数，揭示其显著的各向异性与应变率敏感性。随后，基于余弦几何特征构建了超材料单胞理论模型，并运用有限元软件Abaqus对其进行准静态拉伸仿真，提取结构等效弹性模量和泊松比。结果表明，所设计的囊体超材料结构在保持弹性模量与传统囊体材料基本一致（约150 MPa）的前提下，泊松比显著下降至约3.4×10−4，比典型囊体材料（泊松比约0.4）低三个数量级。泊松比的显著降低有效减弱了横向收缩，提高了囊体结构的形变协调性。研究表明，通过几何拓扑结构调控可实现囊体材料宏观力学性能的精准设计，为高适应性、低横向变形的柔性气膜结构提供了新的理论基础与工程途径。
Fields of Study & Subjects
Cellular and Composite Structures
Advanced Materials and Mechanics
Structural Analysis and Optimization
Publication details
- Journal / source
- Zhongguo kexue. Wulixue Lixue Tianwenxue
- Volume
- 56
- Issue
- 11
- Pages
- 114620–114620
- Publication date
- 3 March 2026
- Language
- EN