橙子

提取橙子果皮的几何形状和拓扑结构以设计仿生能量吸收材料

由于进化，许多生物材料已经发展出不规则结构，从而具有出色的机械性能，例如高刚度重量比和良好的能量吸收。然而，在合成材料中复制这些不规则的生物结构仍然是一个复杂的设计和制造挑战。这里介绍了一种仿生材料设计方法，该方法将不规则结构描述为构建块（也称为瓷砖）和连接它们的规则的网络。合成材料不是一对一复制生物结构，而是以与生物材料相同的瓷砖分布和连接规则生成，并且结果表明这些等效材料具有与生物材料相似的结构与性能关系。为了演示该方法，研究了橙子的果皮，橙子是柑橘家族的一员，以其保护性和吸收能量的能力而闻名。聚合物样品在准静态和动态压缩下生成并表征，并显示出空间变化的刚度和良好的能量吸收，如生物材料中所见。通过量化哪些图块和连接规则在响应负载时局部变形，还可以确定如何在空间上控制刚度和能量吸收。