研究人员发现一种蝴蝶状仿生结构能提高抗冲击性和能量吸收能力

发布日期：2026-04-30 14:11    点击次数：110

蝴蝶状晶格结构的设计方法。精致的蝴蝶启发了一种新型轻质晶格结构的研发，该结构通过先进的结构设计，兼具更高的机械强度、抗冲击性和能量吸收能力。日本东北大学和中国武汉理工大学的研究团队合作开发了这种轻盈如蝴蝶的高强度材料，希望未来能将其应用于飞机或抗震基础设施。该研究成果发表于《国际机械科学杂志》（InternationalJournalofMechanicalSciences）。受蝴蝶翅膀脉络几何结构均匀分散应力的启发，研究人员设计了一种蝴蝶状的体心立方晶格结构。该研究并非依赖于改变基材本身，而是展示了结构拓扑如何从根本上决定材料的刚度、强度、变形行为和抗失效能力。力学测试和有限元模拟表明，这种新型结构在准静态压缩和动态冲击载荷下均显著优于传统的晶格设计。尤其值得一提的是，新设计的晶格结构展现出更高的弹性模量、平台应力和能量吸收性能。在冲击条件下，该结构通过X形变形路径（如同蝴蝶展开翅膀）有效地重新分配应力，抑制局部坍塌并延缓灾难性失效。“这种结构机制尤为卓越，因为大多数轻质晶格材料无法承受局部屈曲或冲击等力。”东北大学的陈建峰教授评论说，“相比之下，我们的设计对突发机械载荷表现出更强的抵抗力。”研究结果为轻质防护结构、抗冲击超材料和先进机械部件的设计提供了一种新的策略，这些设计策略有望应用于交通运输和航空航天领域。（逸文）