基于外的多稳定格子的机器学习引导设计,以实现卓越的能量吸收和可重复使用性

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 空管微/纳米网是有效的能量吸收器,但遭受永久性损伤,限制了重复使用.
• 多稳定的元材料提供了可重复使用性,但由于光束的不稳定性,它们的承载能力和能量吸收通常受到限制.
• 现有的设计难以平衡可回收性,强度和能量吸收,以满足苛刻的应用.

研究的目的:

• 设计和开发具有增强机械性能的新型,可重复使用的能吸收元材料.
• 克服传统的空管格子和受限制的多台式设计的局限性.
• 探索基于外架构的潜力,以实现可调整的多稳定性和优越的能量吸收.

主要方法:

• 结合有限元模拟和机器学习来设计基于外的单元细胞,其厚度不断变化.
• 使用投射式微观立体石刻技术制造多稳定的微型格子.
• 机械性能的表征,包括可变形性,可回收性,可重复使用性,强度和能量吸收.

主要成果:

• 设计的单元细胞表现出由几何参数控制的可调的多稳定行为.
• 制造的微格子表现出很大的可变形性,优良的可回收性和可重复使用性.
• 实现了高强度 (≈91.7 kPa) 和优越的能量吸收 (≈6.2 × 10^4 J m^-3),性能优于现有的空心管格子.
• 通过各种材料和3D打印技术的制造来证明多功能性,包括具有多方向多稳定的3D层次结构.

结论:

• 基于外的单元电池为设计高度可重复使用和高效的能吸收元材料提供了可行的途径.
• 开发的微型网格比传统设计有了显著的进步,可以实现特殊的能量吸收和可调节的多稳定性.
• 这种机械材料方法为可扩展和多功能元材料设计在需要强大的能源管理的各种应用中开辟了新的可能性.