基于珍珠层和凤凰螺内部结构的混合仿生设计

作     者：侯泽凯 栾云博 雷科明 董前希 牛途瑶 李永存 HOU Zekai;LUAN Yunbo;LEI Keming;DONG Qianxi;NIU Tuyao;LI Yongcun

作者机构：太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 

出 版 物：《高压物理学报》 (Chinese Journal of High Pressure Physics)

年 卷 期：2024年第38卷第5期

页      面：217-224页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(12041201) 山西省基础研究计划(202203021211126) 

主　　题：珍珠层 凤凰螺 仿生设计 强韧矛盾 碳纤维增强环氧树脂 

摘      要：融合多种生物材料内部结构的混合仿生结构设计是近年来兴起的一种材料强韧化设计新策略。采用碳纤维增强环氧树脂设计了一种由贝壳珍珠层“交错结构和凤凰螺“交叉结构融合而成的新型“交错-交叉复合结构材料。实验和理论研究发现,珍珠层“交错结构和凤凰螺“交叉结构在内部载荷传递和应力分布调控方面存在显著差异,将两者进行简单混合将会导致局部应力集中,进而使材料性能劣化。通过优化该复合结构,提出了一种新型小角度连续纤维“交叉叠层仿生结构,该结构能够优化材料内部的全场应力分布、抑制局部应力集中,形成延迟整体结构断裂失效的强韧化机制,有效解决材料性能的劣化问题。该研究结果有望为解决材料的强韧矛盾提供有益参考。