北京大学 图1
理论模型预测表明，在许多自然现象中发现的缝合结构已经发展到它们的最佳几何形状，以实现最佳阻尼性能
学分:北京大学 航空航天、能源、高速交通等领域迫切需要集高刚度、高强度和优异阻尼性能于一体的高性能先进复合材料
然而，传统的阻尼材料很难在阻尼性能和静态力学性能两方面都表现优异
相比之下，自然界的生物材料通过复杂的微结构设计实现了优异的静态和阻尼性能的共存
例如，在动物头骨、啄木鸟喙、龟壳、马齿苋种子等生物材料中广泛存在不同长度尺度的缝合镶嵌
最近，力学与工程科学系魏小丁教授的研究团队在《固体力学与物理杂志》上发表了他们关于缝合结构对生物复合材料能量耗散影响的理论研究
他们的工作建立了缝合几何形状和阻尼性能之间的关系
它展示了生物材料在自然界中是如何通过缝合界面精细地组装结构承载单元，以实现优异的承载能力和动态能量耗散性能的同时优化
该理论可以解释在漫长的进化过程中，不同的生物材料是如何进化出不同尺度的缝合角度和幅度的(图1)
该团队通过多材料3D打印机进一步合成了具有缝合界面的生物感应复合材料
实验表明，这种仿生设计在获得优异的阻尼性能的同时，还具有优异的承载能力
该研究成果可为新一代具有优异静、动态力学性能的先进结构复合材料的设计和制造提供有价值的指导
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