編號(hào)：CYYJ043496
篇名：基于仿生增韌的玻璃復(fù)合材料研制與力學(xué)行為評(píng)估
作者：王棋 張東升
關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料加工 三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn) 材料微結(jié)構(gòu) 高性能復(fù)合材料 激光加工技術(shù) 珍珠層 增韌機(jī)制 熱壓復(fù)合
機(jī)構(gòu)： 上海大學(xué)力學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院
摘要： 目的強(qiáng)韌的工程材料在日常生活和工程應(yīng)用中的需求日益增長(zhǎng),但是傳統(tǒng)的工程材料通常會(huì)在強(qiáng)度和韌性之間產(chǎn)生矛盾互斥的現(xiàn)象。自然界中存在大量擁有優(yōu)異力學(xué)性能的生物材料,這些材料憑借獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)增韌機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高韌性的兼得。受生物材料微結(jié)構(gòu)的啟發(fā),研究者們?cè)O(shè)計(jì)了很多性能卓越的先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。方法受貝殼珍珠層,魚(yú)鰭條和啄木鳥(niǎo)喙等生物材料中的微結(jié)構(gòu)啟發(fā),設(shè)計(jì)了幾種力學(xué)仿生結(jié)構(gòu),并利用激光加工技術(shù)和熱壓復(fù)合工藝成功制備了強(qiáng)韌的玻璃復(fù)合材料。結(jié)果和結(jié)論三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相比珍珠層結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)的仿魚(yú)鰭部分分段結(jié)構(gòu)在維持了高剛度和高強(qiáng)度的同時(shí)提升了彎曲韌性,這主要得益于滑移和微裂紋的共同增韌機(jī)制。單軸拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與機(jī)械互鎖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比,含有縫合界面的仿珍珠層結(jié)構(gòu)擁有卓越的增強(qiáng)增韌效應(yīng),這是幾何互鎖和滑移協(xié)同作用的結(jié)果。利用仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)激發(fā)的多重增韌機(jī)制,結(jié)合激光雕刻和熱壓復(fù)合等復(fù)合材料加工手段能有效改善脆性材料的力學(xué)性能。同時(shí)這些仿生策略也為高性能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備提供了寶貴啟示。
