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飞禽走兽老虎机:扭转结构可以促进裂纹的偏转和韧化

时间:2020/6/24 22:11:48   作者:   来源:   阅读:0   评论:0
内容摘要:据国家科技大学介绍,受“螳螂虾锤壳”捕食现象启发,倪勇教授和何凌辉教授的研究团队及合作者将螳螂虾扭转结构与贝壳珍珠层的“砖泥”交错结构结合起来,利用三维有限元方法设计了一种断裂韧性高、对裂纹方向不敏感的非连续纤维扭转结构提出了断裂力学模型,揭示了不灵敏裂纹取向、裂纹扭转和纤维桥接...
据国家科技大学介绍,受“螳螂虾锤壳”捕食现象启发,倪勇教授和何凌辉教授的研究团队及合作者将螳螂虾扭转结构与贝壳珍珠层的“砖泥”交错结构结合起来,利用三维有限元方法设计了一种断裂韧性高、对裂纹方向不敏感的非连续纤维扭转结构提出了断裂力学模型,揭示了不灵敏裂纹取向、裂纹扭转和纤维桥接的增韧机理。给出了这种复合材料结构具有最佳断裂韧性的参数化设计策略。
在自然界中,捕食性螳螂虾(spear)的扭转结构可以促进裂纹的偏转和韧化,捕食性螳螂壳(shield)中的“砖泥”交错结构可以通过砖的滑动促进裂纹的桥接和韧化,这两种结构都是具有代表性的高韧性生物材料结构。在这场生存之战中,长矛为什么总是打败盾牌?
针对上述问题,课题组通过三维打印设计了一种非连续纤维扭转复合材料结构。系统的断裂实验表明,该结构优异的断裂能量消耗对初始裂纹取向不敏感。通过调整螺旋角、纤维长度、扭转角分布和桥接韧性等参数,可以实现高韧性纤维复合材料结构的设计。

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