表面纳米化多稳态金属板壳技术源自先进结 构材料研究中心自主智慧财产权的表面纳米 化技术，通过使用大量随机方向高速运动的 小球轰击材料表面，在板壳局部区域进行特 殊的纳米化处理，在金属板壳材料中引入高 密度纳米孪晶和将金属晶粒细化至纳米尺 寸，从而显著提高局部纳米化材料的屈服强 度和增加板壳的弹性变形能力。同时，大量 高速轰击在金属板壳材料的正反面逐渐积累 大量塑性变形，受限于没有处理的区域的约 束作用，金属板壳在压应力状态下沿法向上 下的两个方向发生横向的屈曲变形，并随着 纳米化处理程度的增加而增加。向上或者向 下的两个屈曲变形后的形态由于纳米化材料 弹性变形能力的显著增加，两个稳定形态可 以在外荷载作用下放生形态转换，从而实现 局部双稳态效应。

通过在同一块金属板壳中处理多个纳米化区 域，由多个局部双稳态区域构建多稳态板壳。多个局部双稳态效应在同一块板壳上的耦合 叠加，可以实现可设计形态的多稳态金属板 壳，其多个稳定形态跟局部纳米化区域的形 状、尺寸、纳米化程度及其分布关系相关。另一方面，为更好地设计多稳态金属板壳， 研究团队还将经过表面纳米化处理实现的多 稳态金属板壳进行机械塑性再加工，比如弯 折或者整体塑性弯曲变形等，经过机械再加 工的多稳态金属板壳可以在整体发生形变后 保持多稳态特性，即局部纳米化区域的应力 场并不会因为塑性加工产生的残余应力场叠 加而失去双稳态效应。

研究团队针对表面纳米化多稳态金属板壳建 立了相应的理论模型用于预测和指导其形态 加工，在获得其稳定形态的预测理论模型和 制备工艺的基础上，研究团队开展了局部双 稳态区域在外部点、线、面荷载作用下的形 态转换特性的研究，并获取了激发其形态转 换的相应的外部荷载最优布置形式。研究团 队进而提出了使用机械驱动杆和气动吸盘的 形式进行双稳态和多稳态金属板壳的远端无 线可控的形态转换，并开发了相应的驱动系 统，实现了双稳态和多稳态金属板壳的形态 转换。

研究团队将双稳态和多稳态金属板壳应用于 水下设备和可变机翼，开发了由结构形态转 换实现的水下剖面水质监测系统和可变机翼 结构模型。相应的技术方案获得了中国高校 科技成果交易会特别金奖，中国（上海）国 际发明创新展览会金奖，全国发明展览会“发 明创业奖项目奖”金奖等奖项。

参考文献

1. Yi, S, Shen, L, Wen, C-Y, He, X & Lu, J 2021, 'Aerodynamic performance of a nanostructure-induced multistable shell', Aerospace, vol. 8, no. 11,350.

2. Yi, S, He, X & Lu, J 2020, 'Multistable shells with designable configurations based on localized nanocrystallization processes', Materials and Design, vol. 195, 109047.

3. Yi, S, He, X & Lu, J 2020, 'Improving bistable properties of metallic shells using a nanostructuring technique', Thin-Walled Structures, vol. 146, 106444.

4. Yi, S, He, X & Lu, J 2019, 'Experimental and Theoretical Investigation on Bistable Symmetric Shells Built by Locally Nanostructuring Isotropic Rectangular Plates', International Journal of Structural Stability and Dynamics, vol. 19, no. 11, 1950141.

5. Yi, S, He, X & Lu, J 2019, 'Transitions of nanostructure-induced bistable disks actuated by line forces', International Journal of Mechanical Sciences, vol. 157-158, pp. 542-551.

6. Yi, S, He, X & Lu, J 2019, 'Various configurations and transition strategies of nanostructure induced bistable disks', International Journal of Solids and Structures, vol. 160, pp. 80-95.

7. Yi, S, He, X & Lu, J 2018, 'Investigation on snapping transitions of locally nanostructured bistable disks actuated by distributed transverse forces', Mechanics of Materials, vol. 127, pp. 91-99.

8. Yi, S, He, X & Lu, J 2018, 'Bistable metallic materials produced by nanocrystallization process', Materials and Design, vol. 141, pp. 374-383.

9. HAO, F, TANG, T, GAO, Y, LI, Y, YI, S & LU, J 2021, 'Continuous morphing trailing-edge wing concept based on multi-stable nanomaterial', Chinese Journal of Aeronautics, vol. 34, no. 7, pp. 219-231.

10. Tao, J, He, X, Yi, S & Deng, Y 2019, 'Broadband energy harvesting by using bistable FG-CNTRC plate with integrated piezoelectric layers', Smart Materials and Structures, vol. 28, no. 9, 095021.