北京航空航天大学
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- 猫脚垫多层级结构高效缓冲性能的力学构筑原理及其仿生研究
- 2024年
- 目的冲击无处不在,对人体健康和装备安全都构成一定威胁,研究具有高效缓冲性能的柔性材料结构是未来的一个重要方向。猫脚垫具有复杂巧妙的多层级结构和优异的力学性能,本研究的目的是探索猫脚垫多层级结构高效缓冲性能的力学构筑原理,并仿生设计出具有良好抗冲击缓冲性能的防护结构。方法利用切片染色对猫脚垫的微观组织结构进行了表征,并基于Micro-CT扫描和Voronoi-Tessellation算法构建了猫脚垫结构的高重合度模型;通过优化层间厚度、脂肪隔室的分布模式、壁厚和隔间数量等参数,开展了有限元仿真分析;结合3D打印制作了一种新型仿生抗冲击缓冲结构,并通过力学压缩和跃下着陆测试评估验证了其缓冲吸能特性。结果猫脚垫是一种类球顶结构,包括表皮层、真皮层、皮下层(纤维隔室和脂肪团簇),3层的最优配置为:隔室均匀分布、0.3~0.5 mm壁厚、表皮-真皮厚度比1:1-2,以及100~150个隔间;穿戴本文设计研制的仿猫脚垫缓冲鞋可有效降低地面反作用力峰值,并延长冲击力达峰时间,显著提高人体跃下着陆的防护性能。结论猫脚垫“表皮组织-真皮组织-网状纤维-脂肪团簇”的高度形变配合而使其具备超常的抗冲击和缓冲吸能特性。本研究可为开发特定场景的高性能柔性缓冲材料提供理论依据和技术支撑。
- 武雪晴裴葆青
- 关键词：网状纤维切片染色表皮层
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- 张玮玮
- 关键词：CONSUMER
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- 杨晓军
- 关键词：气膜冷却曲率湍流模型
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- 李琪
- 关键词：CYLINDRICAL
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- 郭佳
- 关键词：AERIAL
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- 万超
- 关键词：光通信光纤通道多模光纤协议转换器
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- 雷金春
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- 李志远
- 关键词：蒙脱土二氧化钛原位聚合吸氧
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- 曾黎
- 关键词：GOLDEN
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- 山丹丹
- 关键词：镁合金
