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Energy Absorption in Functionally Graded Concrete Bioinspired by Sea Urchin Spines

Journal of Bionic Engineering 2017年第2期14卷 369-378页

作者： nicu toader Werner Sobek Klaus G Nickel Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design (ILEK) Stuttgart Universitat 70569 Stuttgart Germany Institute for Geoscience (IFG) Applied Mineralogy Eberhard-Karls-Universitat Tubingen 72074 Tubingen Germany

Functionally Graded Concrete （FGC） is fabricated at the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design （ILEK） by using a layer-by-layer technique with two different technological procedures： casting and dry spraying. Functional gradations are developed from two reference mixtures with diametrically opposed characteristics in terms of density, porosity, compression strength and elasticity modulus. In this study the first mixture consists of Normal Density Concrete （NDC）, with density about 2160 kg·m^-3 while the second mixture helps to obtain a very lightweight concrete, with density about 830 kg·m^-3. The FGC specimens have layers with different alternating porosities and provide superior deformability capacity under bulk compression compared to NDC specimens. In addition, the FGC specimens experienced a graceful failure behaviour, absorbing high amounts of energy during extended compression paths. The porosity variation inside the layout of tested specimens is inspired by the internal structure of sea urchin spines of heterocentrotus mammillatus, a promising role model for energy absorption in biomimetic engineering.

关键词： biomimetic engineering energy absorption sea urchin spine functionally graded concrete graceful failure behaviour

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