编号：CYYJ043496
篇名：基于仿生增韧的玻璃复合材料研制与力学行为评估
作者：王棋 张东升
关键词：复合材料加工 三点弯曲实验 材料微结构 高性能复合材料 激光加工技术 珍珠层 增韧机制 热压复合
机构：上海大学力学科学与工程学院
摘要：目的强韧的工程材料在日常生活和工程应用中的需求日益增长,但是传统的工程材料通常会在强度和韧性之间产生矛盾互斥的现象。自然界中存在大量拥有优异力学性能的生物材料,这些材料凭借独特的微观结构和增强增韧机制实现了高强度和高韧性的兼得。受生物材料微结构的启发,研究者们设计了很多性能卓越的先进结构材料。方法受贝壳珍珠层,鱼鳍条和啄木鸟喙等生物材料中的微结构启发,设计了几种力学仿生结构,并利用激光加工技术和热压复合工艺成功制备了强韧的玻璃复合材料。结果和结论三点弯曲实验结果表明相比珍珠层结构,设计的仿鱼鳍部分分段结构在维持了高刚度和高强度的同时提升了弯曲韧性,这主要得益于滑移和微裂纹的共同增韧机制。单轴拉伸实验结果表明与机械互锁拓扑结构相比,含有缝合界面的仿珍珠层结构拥有卓越的增强增韧效应,这是几何互锁和滑移协同作用的结果。利用仿生结构设计激发的多重增韧机制,结合激光雕刻和热压复合等复合材料加工手段能有效改善脆性材料的力学性能。同时这些仿生策略也为高性能复合材料的设计与制备提供了宝贵启示。
