生物模拟模块化蜂巢具有增强的粉碎强度和灵活的可定制性
Lumin Shen1, Yuanzhi Wu1, Tuo Ye1
1College of Intelligent Manufacturing and Mechanical Engineering, Hunan Institute of Technology, Hengyang 421002, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|October 26, 2024
概括
仿生模块化蜂,灵感来自树干,显示增强的强度和能量吸收. 这种可变密度的设计提高了汽车安全和保护装备等应用的抗冲击性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 生物模拟学是一种生物模拟学.
背景情况:
- 蜂结构因其机械性能而被广泛使用.
- 仿生原理为材料增强提供了新的设计策略.
- 传统的蜂巢在冲击能量吸收和强度方面存在局限性.
研究的目的:
- 开发和分析灵感来自树干增强的可变密度模块化蜂结构.
- 为了研究这些新型蜂巢的内平面变形,压力和能量吸收.
- 为了比较模块化蜂与各种冲击速度下的传统设计的性能.
主要方法:
- 开发一种方法来计算可变密度蜂的相对密度.
- 基于塑性极限定理的数值建模,经过实验验证.
- 研究低速和高速冲击反应,包括变形,压碎强度和能量吸收.
- 实验和模拟方法来研究密集应变和梯度策略.
主要成果:
- 对压力强度的理论预测与模块化蜂的数值和实验发现非常相匹配.
- 与传统设计相比,模块化蜂在低速度冲击下显著增强了粉碎强度.
- 在模块化蜂中观察到优越的能量消散能力,密集菌株的差异可以忽略不计.
- 能量吸收在1米/秒时提高了36.68%,在0.85.5的压力下,在10米/秒时提高了25.47%,在0.85.5的压力下提高了36.68%.
- 工程模块化蜂巢在压缩下表现出多高原应激反应.
结论:
- 在强度和能量吸收方面,可变密度的模块化蜂巢比传统设计提供了更高的性能.
- 仿生方法为增强蜂结构性质提供了一种有效的策略.
- 这些先进的蜂结构具有在汽车碰撞系统,保护包装和个人防护设备中的应用的巨大潜力.
