专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 蝴蝶形拉胀超材料的面外压缩性能

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-10-28 21:07

正文

受蝴蝶的启发,最近提出了一种生物蝴蝶形拉胀超材料 (BSAM),其中 BSAM 的联合单元是根据蝴蝶的轮廓设计的。出色的面内机械性能使 BSAM 成为广泛应用的潜在吸收材料。本研究的目的是检查准静态压缩下的面外机械性能。使用经过验证的 FE 模型,对 BSAM 与两种流行的拉胀蜂窝进行了比较,即重入 (RE) 和改性重入 (MRE)。结果表明,BSAM 的标称应力-应变曲线显著高于生长蜂窝 (RE 和 MRE)。然而,MRE 揭示了最高的杨氏模量。压缩后的 BSAM 、 MRE 和 RE 的平台应力分别为 10.5 MPa、 7.5 MPa 和 3.3 MPa。此外,三种结构的单位体积比能量吸收 (Wv) 计算值表明,BSAM 吸收的能量百分比分别比 MRE 和 RE 吸收的能量高 182% 和 456%。根据理想 Wv 的确定值(11.4 J cm-3 'BSAM'、5.2 J cm-3 'MRE' 和 2.3 J cm-3 'RE'),在 BSAM、MRE 和 RE 的情况下,三种结构的能源效率分别为总能量的 64%、79% 和 69%。此外,通过参数研究检查了面内厚度 (t1) 和圆柱体厚度 (t2) 对 BSAM 机械性能的影响。参数研究的结果表明,作为 t1 函数的机械性能受到很大影响,而作为 t2 的函数则产生了中等影响。

本研究旨在研究一种新近开发的拉胀生物超材料BSAM的面外力学性能。为了评价所提出的BSAM的力学性能,我们研究了两个著名的 蜂巢作为基准。本研究的主要结论总结如下:

破碎的RE和MRE表现出相似的变形模式。在BSAM的情况下,圆柱体作为加强剂有贡献。此外,在椭圆圆柱体内移动的材料限制了横向膨胀,导致破碎试样的阻力增加。

•标称应力-应变曲线如图12(b).所示一般来说,BSAM的应力-应变曲线明显超过了RE和MRE。需要指出的是,MRE比BSAM显示出更硬的弹性特性。压缩后的BSAM、MRE和RE的平台应力分别为10.5 MPa、7.5 MPa和3.3 MPa。

与压缩的RE和MRE相比,压缩的BSAM显示出更大的比能吸收(Wv)。三种结构的Wv计算值表明,BSAM吸收的能量分别比RE和MRE吸收的能量大182%和456%。而在BSAM、MRE和RE的情况下,三种结构的能效分别为总能量的64%、79%和69%。







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