机构名称：
¥ 1.0
非周期性就是您所需要的：用于高性能复合材料的非周期单瓦片 Jiyoung Jung 1,2、Ailin Chen 1,2 和 Grace X. Gu 1,* 1 加利福尼亚大学机械工程系，美国 CA 伯克利 94720 2 这些作者对这项工作做出了同等贡献 * 通讯作者：ggu@berkeley.edu 摘要 本研究通过采用非周期单瓦片（覆盖非平移对称表面的形状）引入了一种新颖的复合材料设计方法。采用计算和实验相结合的方法，我们研究了用这些单瓦片制作的复合材料的断裂行为，并将它们的性能与传统的蜂窝状图案进行了比较。值得注意的是，与蜂窝设计相比，我们基于非周期单瓦片的复合材料表现出了优异的刚度、强度和韧性。这项研究表明，利用非周期结构固有的无序性可以迎来新一代坚固而有弹性的材料。 1. 简介 复合材料因其可定制的机械性能而备受赞誉，是航空航天和生物医学领域不可或缺的轻质结构部件。1-5 这些材料的强度在于它们的复合性质——结合不同基础材料的特性可以创建具有多种所需特性和谐平衡的复合材料。这一概念在生物材料 6-11 中得到了很好的体现，例如珍珠层和木材，尽管它们由相对较弱的成分组成，但其机械性能通常优于工程材料。传统工程复合材料通常以重复的单元为特征，这一特征简化了设计和制造过程。然而，这种有序结构在临界载荷下会导致灾难性的故障。同时，生物材料通常呈现无序结构，其中单元在空间上有所不同。12 这种无序在改善生物材料机械性能方面发挥的作用程度仍然是正在进行的研究课题。具有不规则或无序微观结构的材料的固有优势最近引起了科学界的兴趣。 13-15 这些结构具有异质微结构的特征，可以为应力波传播提供强化路径，从而提高重载下的弹性。16-19 新兴研究表明，通过放大这种不规则性，可以提高特定细胞框架的缺陷容忍度。20 此外，多晶结构的微观复杂性，包括晶界、沉淀物和相，被视为具有增强韧性的工程材料的潜在模板。21,22 目前创建这些异质结构的方法涉及在规则晶格结构内随机移动节点、构建材料泡沫等技术，或堆叠具有不同微观结构的材料 17,23,24 然而，这些方法给设计和制造带来了一层复杂性，尤其是由于不同取向的晶胞组装不完美而带来的挑战。为了应对这些挑战，我们的研究提出了将非周期单瓦片集成到复合材料设计中。正如最近文献中发现的那样，非周期单瓦片已被证明可以完全覆盖具有内在非周期性的表面。25 这使它们成为创建无序材料的理想选择。在复合材料设计中使用非周期单瓦片将有助于实现可调特性，同时保持出色的界面结合。在这项工作中，我们探索了一个全新的架构系列
用于高性能复合材料的非周期单瓦片
主要关键词
相关文件推荐
