布立冈型螺旋纤维仿生复合材料动静态力学行为

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作者 杨帆 秦子尚 +3 位作者 李达诚 胡兆财 解维华 孟松鹤 《兵工学报》 北大核心 2025年第2期254-264,共11页

节肢动物外骨骼中发现的布立冈结构已被证实是提升其动态力学性能的关键。借助结构仿生概念开展纤维增强复合材料微结构设计有望为高性能航天材料提供创新解决途径与思路。通过制备不同构型的层合板材料,借助霍普金森压杆、力学试验机... 节肢动物外骨骼中发现的布立冈结构已被证实是提升其动态力学性能的关键。借助结构仿生概念开展纤维增强复合材料微结构设计有望为高性能航天材料提供创新解决途径与思路。通过制备不同构型的层合板材料,借助霍普金森压杆、力学试验机等试验技术对比研究了布立冈型仿生材料与准各向同性铺层材料的动静态力学行为。试验结果表明:随着应变率的提高(≮1850 s^(-1)),小螺旋角能够将其韧性提升至少17.4%;准静态压缩下其能量吸收能力达到21.25 J/g,相比准各向同性构型提升至少42.4%,这些都可以归因于布立冈构型试样所展出的塑性强化能力。落锤冲击仿真与试验结果进一步表明,仿生构型能够获得极佳的能量耗散与冲击防护特性。 展开更多

关键词 仿生复合材料 布立冈结构 霍普金森压杆试验 结构仿生 力学性能

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纳米羟基磷灰石/聚酰胺66仿生复合材料的非等温结晶动力学研究 被引量：4

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作者 张翔 李玉宝 +2 位作者 左奕 吕国玉 牟元华 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期639-642,共4页

用差示扫描量热仪(DSC)研究了不同比例的纳米羟基磷灰石(nano hydroxyapatite, n HA)/聚酰胺66(polyamide 66,PA66)仿生复合材料的非等温结晶行为。结果表明:(1)纳米羟基磷灰石的加入,起到了异相成核剂的作用,提高了PA66 的结晶速率,且... 用差示扫描量热仪(DSC)研究了不同比例的纳米羟基磷灰石(nano hydroxyapatite, n HA)/聚酰胺66(polyamide 66,PA66)仿生复合材料的非等温结晶行为。结果表明:(1)纳米羟基磷灰石的加入,起到了异相成核剂的作用,提高了PA66 的结晶速率,且结晶速率随纳米羟基磷灰石的含量的增加而增加,纯PA66的结晶度则随着纳米羟基磷灰石的增加而降低。(2)PA66 和复合材料的结晶峰都随降温速率的增加从高温向低温方向移动,且结晶峰变宽。(3)以Mo法进行非等温结晶数据处理,得到的F(T) 随结晶度的增加而增加,a值却几乎不随结晶度变化,表明降温速率越快,单位结晶时间达到的结晶度越高,但各降温速率下的结晶方式基本相同。 展开更多

关键词 纳米羟基磷灰石 聚酰胺66仿生复合材料 非等温结晶动力学 MO法

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甲虫前翅仿生复合材料研究的进展 被引量：2

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作者 陈锦祥 倪庆清 徐英莲 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期108-111,共4页

为了设计开发轻量型仿生复合材料,对甲虫的前翅进行了一系列的研究。通过解剖甲虫前翅,在探明了甲虫前翅的微细结构及其小柱结构的同时,比较了2种甲虫前翅的结构,并通过对甲虫前翅的力学实验与解析,证实甲虫前翅确实具有优良的力学特性... 为了设计开发轻量型仿生复合材料,对甲虫的前翅进行了一系列的研究。通过解剖甲虫前翅,在探明了甲虫前翅的微细结构及其小柱结构的同时,比较了2种甲虫前翅的结构,并通过对甲虫前翅的力学实验与解析,证实甲虫前翅确实具有优良的力学特性,从而提出了一种轻量型高强度的夹芯层状三合板的结构模型。 展开更多

关键词 仿生复合材料 甲虫前翅 小柱结构 抗剥离性能 结构模型

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镁-镍钛仿生复合材料研制成功

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《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期14-14,共1页

日前,针对航空航天、精密仪器等领域对于材料减震、吸能等方面的性能需求,中国科学院金属研究所(以下简称金属所)与美国加州大学伯克利分校、中国工程物理研究院开展合作,借鉴天然生物材料三维互穿微观结构的理念,将镁熔融浸渗至增材制... 日前,针对航空航天、精密仪器等领域对于材料减震、吸能等方面的性能需求,中国科学院金属研究所(以下简称金属所)与美国加州大学伯克利分校、中国工程物理研究院开展合作,借鉴天然生物材料三维互穿微观结构的理念,将镁熔融浸渗至增材制造的镍钛合金骨架,构筑成轻质、高强、高阻尼、高吸能镁-镍钛仿生复合材料。 展开更多

关键词 仿生复合材料 天然生物材料 浸渗 镍钛合金 增材制造 航空航天 高阻尼 精密仪器

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镁-镍钛仿生复合材料研制成功

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《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期146-146,共1页

中国科学院金属研究所与美国加州大学伯克利分校、中国工程物理研究院借鉴天然生物材料三维互穿微观结构的理念,将镁熔融浸渗至增材制造的镍钛合金骨架,构筑成轻质、高强、高阻尼、高吸能镁-镍钛仿生复合材料。与人造材料相比,天然生物... 中国科学院金属研究所与美国加州大学伯克利分校、中国工程物理研究院借鉴天然生物材料三维互穿微观结构的理念,将镁熔融浸渗至增材制造的镍钛合金骨架,构筑成轻质、高强、高阻尼、高吸能镁-镍钛仿生复合材料。与人造材料相比,天然生物材料的宏观力学性能通常显著优于其基本结构单元的简单加和,本源在于其复杂、多尺度的自组装结构。 展开更多

关键词 仿生复合材料 天然生物材料 浸渗 人造材料 宏观力学性能 镍钛合金 增材制造 基本结构单元

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仿生叠层原位铝基复合材料的弯曲性能与增韧机制 被引量：2

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作者 欧阳菲 张良贤 +2 位作者 罗茜 赵科 刘金铃 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3582-3594,共13页

受贝壳的珍珠层结构启发,本文开展了铝基复合材料的构型设计,采用片状粉末冶金工艺制备了具有仿生叠层结构特征的原位Al-O结构增强铝基复合材料,研究了复合材料的弯曲性能及断裂特征,并讨论了叠层结构的特征尺寸对弯曲性能的影响。当仿... 受贝壳的珍珠层结构启发,本文开展了铝基复合材料的构型设计,采用片状粉末冶金工艺制备了具有仿生叠层结构特征的原位Al-O结构增强铝基复合材料,研究了复合材料的弯曲性能及断裂特征,并讨论了叠层结构的特征尺寸对弯曲性能的影响。当仿生叠层原位铝基复合材料中的软相平均厚度为0.83μm时,弯曲强度可达402.6MPa,断裂韧性值为11.8MPa∙m^(1/2),实现了良好的强韧性匹配。通过对裂纹扩展路径的观察,揭示了仿生叠层结构在抑制裂纹扩展,促使裂纹偏转,以及形成分层裂纹等方面的作用。本文的研究结果为高强韧铝基复合材料的构型设计和性能优化提供了新思路。 展开更多

关键词 仿生复合材料 叠层复合材料 铝 弯曲性能 增韧

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仿生叠层复合材料的研究现状与发展 被引量：4

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作者 韩启成 程晓农 赵玉涛 《江苏理工大学学报（自然科学版）》 2001年第5期8-11,共4页

一些天然的生物材料在结构和性能上具有优异的匹配性 ,这些结构特征为人工合成复合材料提供了一些有益的启示 文中在分析某些天然生物材料的强韧化机理的基础上 ,系统地介绍了仿生复合材料尤其是叠层复合材料的仿生设计原理、制备方法... 一些天然的生物材料在结构和性能上具有优异的匹配性 ,这些结构特征为人工合成复合材料提供了一些有益的启示 文中在分析某些天然生物材料的强韧化机理的基础上 ,系统地介绍了仿生复合材料尤其是叠层复合材料的仿生设计原理、制备方法、主要研究内容和现状 指出考虑工艺参数的影响 ,制备出材料并建立相关条件下的仿生模型 。 展开更多

关键词 汽车工程 仿生模型 设计原理 制备方法 仿生复合材料 叠层复合材料

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仿生叠层复合材料的制备及层间性能研究 被引量：2

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作者 郑丽娟 赵玉涛 +1 位作者 程晓农 陈志刚 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2003年第7期35-37,54,共4页

把贝壳的结构机制及韧化机理应用于叠层复合材料的设计中。利用铝合金作为基体材料,纤维/树脂作为夹层材料,设计并制备了纤维/树脂/铝合金叠层复合材料。通过扫描电镜从微观上对复合材料的界面进行研究,指出成型工艺对复合材料界面的影... 把贝壳的结构机制及韧化机理应用于叠层复合材料的设计中。利用铝合金作为基体材料,纤维/树脂作为夹层材料,设计并制备了纤维/树脂/铝合金叠层复合材料。通过扫描电镜从微观上对复合材料的界面进行研究,指出成型工艺对复合材料界面的影响。通过T剥离强度试验对叠层复合材料的界面粘接强度进行测试,在宏观上对复合材料的层间性能进行了分析。 展开更多

关键词 仿生叠层复合材料 界面粘接强度 层间性能 微观结构 生物材料

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仿生材料结构取向对力学性能的影响 被引量：1

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作者 王昊 袁文玺 +1 位作者 叶梯 张泽辉 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第3期260-264,共5页

为探索生物材料近乎完美的结构,分析结构取向与力学行为的关联,从生物材料微观结构的几何取向角度出发,基于线弹性结构本构关系,利用数值仿真方法,建立两相仿生复合材料微观结构的有限元模型.研究结果表明:所建模型的计算误差较小,可以... 为探索生物材料近乎完美的结构,分析结构取向与力学行为的关联,从生物材料微观结构的几何取向角度出发,基于线弹性结构本构关系,利用数值仿真方法,建立两相仿生复合材料微观结构的有限元模型.研究结果表明:所建模型的计算误差较小,可以有效地描述生物材料的特性.米塞斯应力标尺相同时,取向角与仿生材料内应力成正比,与仿生材料的刚度成反比,取向角增大导致仿生材料结构不均匀.研究结论为仿生复合材料力学行为的研究和工程应用提够理论依据. 展开更多

关键词 仿生复合材料 有限元模拟 结构取向 刚度

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向自然学习:实现从无生命复合到有生命复合的跨越——材料与生命物质的交叉创新分论坛侧记

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作者 吴亮 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2019年第10期928-929,共2页

材料复合的发展趋势是多尺度多组分的精确复合和多层次多功能的精确调控,以大幅提高材料的性能。生命复合材料来自大自然的启示,是大自然生物体中最普遍的现象,具有高效协同的功能特性。将材料与生命物质进行精确复合,伴随着新原理的发... 材料复合的发展趋势是多尺度多组分的精确复合和多层次多功能的精确调控,以大幅提高材料的性能。生命复合材料来自大自然的启示,是大自然生物体中最普遍的现象,具有高效协同的功能特性。将材料与生命物质进行精确复合,伴随着新原理的发现和新功能的产生,可为解决能源、环境、医疗健康、生命科学中的挑战提供新思想、新技术、新方法!这一科学思想把具有特殊功能的细胞或生命体引入到材料制备中,创造出具有生命功能的仿生复合材料,从而实现从无生命复合到有生命复合的跨越,具有开创性学术意义和前瞻性应用前景。 展开更多

关键词 生命物质 生命科学 仿生复合材料 医疗健康 生命功能 交叉创新 材料制备 材料复合

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矿物凸起通过自锁和类摩擦滑动效应增强贝壳珍珠母

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作者 李浩 张作启 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期261-261,共1页

目的虽然人们普遍认为硬物质板的表面凸起在珍珠层的硬化、强化和增韧中起着重要作用,但它们的影响仍有待进一步的深入研究。方法对于具有多个微纳米凸起的硬物质板相互滑动时,采用了一种计算高效的“Bar-Spring”模型来模拟贝壳珍珠层... 目的虽然人们普遍认为硬物质板的表面凸起在珍珠层的硬化、强化和增韧中起着重要作用,但它们的影响仍有待进一步的深入研究。方法对于具有多个微纳米凸起的硬物质板相互滑动时,采用了一种计算高效的“Bar-Spring”模型来模拟贝壳珍珠层或类似珍珠层仿生复合材料的等效拉伸力学性能,如等效牵引力-位移曲线以及等效拉伸刚度、强度和断裂功。该模型采用了基于单个凸起对的运动学和变形分析的微观力学模型得出的等效内聚力关系来表征凸起对之间相互攀爬过程中的牵引力-位移关系。结果和结论矿物凸起和由此产生的界面粗糙度可以通过机械互锁和多模态类摩擦机制的组合,将复合材料的强度和韧性提高2~3个数量级。特别的,矿物凸起诱导的强化和增韧机制对凸起的形状并不敏感(椭圆、双曲余弦、余弦和抛物线等)。相反,矿物凸起的高宽比和分布密度(单位长度界面上的矿物凸起数量)对复合材料刚度、强度和韧性的增强效果有明显的影响。因此,复合材料可以通过微结构的设计(界面的粗糙度)而实现高强、高韧的优异力学性能,这些发现可能为开发具有贝壳珍珠层界面设计的先进工程复合材料提供有用的指导。 展开更多

关键词 仿生复合材料 珍珠母 微观力学模型 界面粗糙度 拉伸刚度 珍珠层 单位长度 界面设计

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陆地蜗牛壳和海蜗牛壳哪一种在机械设计上更胜一筹?

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作者 白旭锋 张作启 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期556-557,共2页

目的具有交叉层状结构的软体动物壳由于其优异的机械性能而引起了广泛的关注。有趣的是,本研究的实验发现,陆地蜗牛(白玉蜗牛)壳具有三层交叉层状结构,而海螺(锡兰东风螺)壳则呈现两层交叉层状结构。方法它们为何不同,哪一种在机械设计... 目的具有交叉层状结构的软体动物壳由于其优异的机械性能而引起了广泛的关注。有趣的是,本研究的实验发现,陆地蜗牛(白玉蜗牛)壳具有三层交叉层状结构,而海螺(锡兰东风螺)壳则呈现两层交叉层状结构。方法它们为何不同,哪一种在机械设计上更胜一筹?为了回答这些问题,通过扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕和三点弯曲测试对这两种壳的微观结构和微观/宏观力学性能进行了比较表征。结果和结论实验结果表明,海螺壳比陆地蜗牛壳表现出更好的机械性能,但更厚、更重。为了进一步阐明它们在机械设计方面的相对优势,通过有限元法(FEM)进行了计算机模拟实验,以比较三层和两层交叉层状设计的机械性能,排除宏观几何形状和成分材料的影响。令人惊讶的是,结果表明陆地蜗牛设计明显优于海蜗牛设计,尤其是在强度方面。对于陆地蜗牛和海洋蜗牛的生存环境不同,这可能源于陆地蜗牛追求更轻、更坚固的外壳以实现相对更快的运动的更高的生存和进化压力。这些发现不仅有助于了解陆地和海洋蜗牛壳微观结构设计的差异,而且为开发不同功能的仿生复合材料提供有用的提示。 展开更多

关键词 仿生复合材料 纳米压痕 三点弯曲测试 计算机模拟实验 蜗牛壳 白玉蜗牛 宏观力学性能 机械设计

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贝壳珍珠母增韧机理研究进展 被引量：10

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作者 王振兴 原梅妮 +1 位作者 李立州 郎贤忠 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第15期98-102,共5页

基于国内外对贝壳材料微结构研究的实验照片与力学性能的研究成果,描述了贝壳珍珠母独特的微观结构,包括无机层与有机基质层"砖-泥"式交错层叠结构、文石层波纹表面和文石表面纳米凸起与矿物桥结构等,同时也揭示了贝壳珍珠母... 基于国内外对贝壳材料微结构研究的实验照片与力学性能的研究成果,描述了贝壳珍珠母独特的微观结构,包括无机层与有机基质层"砖-泥"式交错层叠结构、文石层波纹表面和文石表面纳米凸起与矿物桥结构等,同时也揭示了贝壳珍珠母微结构对其韧性的增强机理。对国内力学家近年来提出的微观结构"缺陷不敏感"增韧理论进行了理论阐述。 展开更多

关键词 珍珠母 微结构 增韧机理 文石 仿生复合材料

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珍珠中碳酸钙与有机基质之间相互作用的研究 被引量：26

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作者 沈玉华 谢安建 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 1998年第6期182-185,共4页

首次利用傅里叶变换红外光谱法对珍珠进行了表征，从碳酸钙红外谱带的位置及形状的变化直接证实了珍珠中亚微米级文石型碳酸钙晶体与有机基质界面之间存在着较强的络合作用．结合ＩＣＰＡＥＳ成分分析和ＳＥＭ形貌分析，表明了上述络合... 首次利用傅里叶变换红外光谱法对珍珠进行了表征，从碳酸钙红外谱带的位置及形状的变化直接证实了珍珠中亚微米级文石型碳酸钙晶体与有机基质界面之间存在着较强的络合作用．结合ＩＣＰＡＥＳ成分分析和ＳＥＭ形貌分析，表明了上述络合作用正是珍珠形成高度有序的层状结构、且具有高强度、高韧性的化学本质． 展开更多

关键词 有机基质 相互作用 珍珠 文石 碳酸钙 傅里叶变换红外光谱 电感耦合 等离子体 原子发射光谱 仿生复合材料

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