Доктор Джиамин М.А. имеет 3D-печать модели дизайна двойной решетки команды. Кредит: Университет RMIT.
Вдохновленные скромной глубоководной губкой, инженеры Университета RMIT разработали новый материал с замечательной прочностью сжатия и жесткостью, которые могут улучшить архитектурные и продукты.
Двойная решетка была вдохновлена замысловатым скелетом глубоководной губки, известной как цветочная корзина Венера, которая живет в Тихом океане.
Ведущий автор последнего исследования RMIT в структуре, доктор Джиамин М.А., сказал, что обширное тестирование и оптимизация выявили впечатляющую комбинацию жесткости и прочности паттерна, смешанный со способностью сжимать при сжатии.
Именно этот последний аспект — известный как аукситическое поведение — открывает целый ряд возможностей для применения дизайна в рамках структурной инженерии и других применений.
«В то время как большинство материалов становится все более тонким, когда они растягиваются или толще, когда они раздавили, как резина, аукситика делает наоборот», — сказала Ма. «Аукситика может эффективно поглощать и распространять энергию воздействия, делая их чрезвычайно полезными».
Натуральные аукситические материалы включают в себя сухожилия и кожу кошки, в то время как синтетические используются для изготовления сердечных и сосудистых стентов, которые расширяются и сокращаются по мере необходимости.
Но в то время как аукситические материалы обладают полезными свойствами, их низкая жесткость и ограниченная способность поглощения энергии ограничивают их применение. Двойной дизайн двойной решетки в стиле природы является важным, потому что она преодолевает эти основные недостатки.
«Каждая решетка сама по себе имеет традиционное деформационное поведение, но если вы объединяете их, как природа в глубоководной губке, то она регулирует себя и имеет свою форму и превосходит аналогичные материалы с довольно значительным отрывом»,-сказал Ма.
Структура двойной решетки команды (слева) превосходит стандартную повторную конструкцию сотов (справа). Кредит: Университет RMIT.
Результаты опубликовано в Составные структуры Покажите, что с таким же количеством использования материала решетка в 13 раз жестче, чем существующие аукситические материалы, которые основаны на повторных сотами.
Он также может поглощать на 10% больше энергии, сохраняя при этом его аукситическое поведение с помощью диапазона более высокого деформации на 60% по сравнению с существующими конструкциями.
Доктор Нгок Сан -Ха сказал, что уникальная комбинация этих свойств открыла несколько захватывающих заявлений о своем новом материале.
«Эта ауктическая решетка с биоинспирацией обеспечивает наиболее прочную основу для нас, чтобы развить устойчивое здание следующего поколения»,-сказал он.
«Наш аукситический метаматериал с высокой жесткостью и поглощением энергии может принести значительные преимущества в разных секторах, от строительных материалов до защитного оборудования и спортивного снаряжения или медицинских применений».
Структура решетки Bioinspired может работать в качестве стальной рамы здания, например, позволяя использовать меньше стали и бетона для достижения аналогичных результатов с традиционной рамой.
Структура также может сформировать основу легкого спортивного защитного оборудования, пуленепробиваемых жилетов или медицинских имплантатов.
Почетный профессор Майк Си сказал, что проект подчеркнул ценность чередения вдохновения от природы. «Biomimicry не только создает красивые и элегантные дизайны, подобные этой, но также создает умные дизайны, которые были оптимизированы за счет миллионов лет эволюции, у которых мы можем узнать», — сказал Си.
Скелетная система euplectella aspergillum, показывающая: (а) всю скелетную трубку, (б) увеличенный вид, подчеркивающий его обычную решетку, и (в) подробный рисунок чередующихся открытых и закрытых ячеек. Кредит: Составные структуры (2024). Doi: 10.1016/j.compstruct.2024.118835
Следующие шаги
Команда в Центре инновационных конструкций и материалов RMIT проверила дизайн, используя компьютерные моделирования и лабораторные испытания на 3D -печатном образце, изготовленном из термопластичного полиуретана.
Теперь они планируют создать стальные версии дизайна для использования наряду с бетонными и протаренными земными конструкциями — методом строительства с использованием компактного натурального сырья.
«В то время как этот дизайн может иметь многообещающие применения в спортивном оборудовании, СИЗ и медицинском применении, наше основное внимание уделяется аспекту строительства и строительства», — сказал Ма.
«Мы разрабатываем более устойчивый строительный материал, используя уникальную комбинацию нашего дизайна выдающейся аукситичности, жесткости и поглощения энергии, чтобы уменьшить использование стали и цемента при строительстве.
«Его ауктические и энергетические особенности могут также помочь ослабить вибрации во время землетрясений».
Команда также планирует интегрировать этот дизайн с алгоритмами машинного обучения для дальнейшей оптимизации и создания программируемых материалов.
Больше информации:
Jiaming MA и др., Ауксационное поведение и характеристики поглощения энергии структуры решетки, вдохновленной глубоководной губкой, Составные структуры (2024). Doi: 10.1016/j.compstruct.2024.118835
Цитирование: Bioinspired Lattice Design предлагает новые возможности для строительства и безопасности (2025, 26 февраля). Получено 27 февраля 2025 г.
Этот документ подлежит авторским правам. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
