本报讯 中国科大倪勇教授、何陵辉教授研究团队与合作者揭示了杆件屈曲诱导裂纹钝化的反常断裂增韧机制，提出了超轻质点阵超材料的相对密度-比断裂韧性之间的反常标度律，为设计轻质高强韧点阵超材料提供了全新思路。相关研究成果近日发表在《先进材料》上。

研究团队结合增材制造、数值模拟和理论分析，在考虑裂纹尖端受压杆件屈曲的情况下，系统研究了含裂纹点阵超材料的断裂起始行为。研究发现，当相对密度低于临界值时，点阵超材料的比断裂能（单位质量断裂能）随相对密度降低而显著提升，呈现超轻高韧特性。这是由于低相对密度下裂纹尖端附近的杆件发生屈曲失稳，形成非局部变形区，导致裂纹尖端钝化。这一现象揭示了相对密度对比断裂能的反常变化机制，区别于经典连续介质理论的预测。进一步分析表明该机制在Kagome、双对角正方形、八角桁架等多种二维及三维点阵结构中表现出普适性。

研究团队基于裂尖杆件非线性屈曲调控能量耗散的增韧机制，系统建立了归一化韧性-相对密度预测模型，提出可通过杆件长径比、材料模量等参数优化屈曲响应。基于此原理设计的非均匀点阵结构成功诱导杆件屈曲，使超轻材料的断裂能得到大幅提升。进一步，团队的研究工作表明：通过多材料协同设计，软硬材料组合可调控拉伸/弯曲主导的断裂模式，在临界模量比下实现拉伸-弯曲协同增韧，得到断裂能优化峰值。这些发现证实，通过精准调控裂尖杆件的非线性变形行为及其能量耗散路径，可在超低密度下实现高断裂韧性，为复杂结构点阵超材料的强韧力学设计提供了新范式。

研究团队的工作系统揭示了离散点阵超材料中通过杆件屈曲失稳调控裂纹尖端场的新型增韧机制，建立了结构参数与断裂性能的定量映射关系，为发展超轻高韧材料提供了理论框架和设计方法。

中国科大工程科学学院王泽文博士为论文第一作者，倪勇教授、吴开金副教授和宋兆强特任研究员为共同通讯作者。合作者包括中国科大何陵辉教授、中国船舶科学研究中心丁军研究员等。

（工程科学学院 科研部）