客戶文獻(xiàn) | 基于絲瓜海綿仿生結(jié)構(gòu)的微納米CT成像分析與緩沖性能研究

更新時(shí)間：2025-01-08

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湖南工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《Applied Sciences》上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果。該研究通過(guò)微焦點(diǎn)CT成像系統(tǒng)深入檢測(cè)了絲瓜絡(luò)海綿的內(nèi)部仿生結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)研究了其緩沖性能。這項(xiàng)研究的作者為謝勇老師。

研究摘要

絲瓜絡(luò)海綿具有出色的緩沖性能。本文提出了一種受絲瓜絡(luò)海綿啟發(fā)的仿生結(jié)構(gòu)。該仿生結(jié)構(gòu)的幾何形狀基于分形理論，通過(guò) Python 編程語(yǔ)言構(gòu)建，并由 3D 打印機(jī)制備而成。

隨后進(jìn)行了一系列準(zhǔn)靜態(tài)壓縮測(cè)試和有限元分析，以確定緩沖性能。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)果表明，長(zhǎng)度（a）對(duì)比吸能的影響比角度（θ）更為重要。

發(fā)現(xiàn)參數(shù)為長(zhǎng)度小于4mm且角度約為 11°。絲瓜絡(luò)海綿的仿生結(jié)構(gòu)可能為天然多孔材料提供一個(gè)新穎的視角。研究結(jié)果展示了設(shè)計(jì)分層多孔結(jié)構(gòu)的巨大潛力以及在緩沖和能量吸收領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

仿生材料取樣研究方法

絲瓜絡(luò)海綿的結(jié)構(gòu)

(a) 天然絲瓜絡(luò)；
(b) 絲瓜絡(luò)海綿的四個(gè)主要部分：O（外層）、M（中層）、I（內(nèi)層）和C（核心層）；
(c) 絲瓜絡(luò)海綿的三個(gè)主要方向。

仿生研究的流程圖

CT表征結(jié)果

絲瓜絡(luò)海綿的微計(jì)算機(jī)斷層掃描（micro-CT）圖像

(a) 絲瓜絡(luò)海綿的橫截面；
(b) 絲瓜絡(luò)海綿的三個(gè)高密度區(qū)域；
(c) 天然絲瓜絡(luò)的橫截面；
(d) 絲瓜絡(luò)海綿的縱截面；
(e) I層的紋理；
(f) 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。

(a) 四種絲瓜絡(luò)海綿的分形維數(shù)；
(b) 來(lái)自絲瓜絡(luò)海綿層（I層）的試樣。

*在這里，“分形維數(shù)"是一個(gè)描述物體復(fù)雜程度或不規(guī)則程度的數(shù)學(xué)量。在材料科學(xué)中，分形維數(shù)常被用來(lái)表征多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。絲瓜絡(luò)海綿作為一種多孔材料，其分形維數(shù)能夠反映其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不規(guī)則性?！敖z瓜絡(luò)海綿"是一種由絲瓜纖維構(gòu)成的多孔材料，常用于清潔、過(guò)濾和吸音等領(lǐng)域。在這里，“I層"可能指的是絲瓜絡(luò)海綿中的某一特定層或區(qū)域，用于取樣進(jìn)行進(jìn)一步的分析或測(cè)試。

研究結(jié)論

仿生結(jié)構(gòu)的比能量吸收值已接近絲瓜海綿，但比強(qiáng)度仍有提升空間。本研究基于準(zhǔn)靜態(tài)壓縮，動(dòng)力學(xué)速度效應(yīng)需進(jìn)一步研究。TPU材料因其加工簡(jiǎn)便和彈性好被選用，但高密度限制了其力學(xué)性能。材料橫向比較是下一階段研究重點(diǎn)。仿生結(jié)構(gòu)雖受樹結(jié)構(gòu)啟發(fā)，但在緩沖和包裝設(shè)計(jì)中應(yīng)用少?；诮z瓜海綿的運(yùn)輸托盤概念是仿生結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。微焦點(diǎn)CT在仿生結(jié)構(gòu)研究中至關(guān)重要，有助于精確分析和優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能。

原始文獻(xiàn)：

Yong Xie, Hailong Bai , Zhenghao Liu and Nanning Chen. “A Novel Bionic Structure Inspired by Luffa Sponge and Its Cushion Properties" [J]Appl. Sci. 2020, 10, 2584; doi:10.3390/app10072584

論文應(yīng)用設(shè)備

本研究中所使用的Mirco CT設(shè)備是由奧影研發(fā)生產(chǎn)的高精度微納米CT成像系統(tǒng)——AX-2000CT，該系統(tǒng)專為高等教育和科研實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)，掃描精度高、速度快、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。同時(shí)，它還支持升級(jí)原位加載掃描、光學(xué)放大物鏡耦合探測(cè)器成像等多種靈活配置，進(jìn)一步豐富應(yīng)用場(chǎng)景，為材料研發(fā)、3D打印、電子元件制造、地礦分析等領(lǐng)域，提供高效的無(wú)損數(shù)字成像技術(shù)支持。

奧影檢測(cè)科技（上海）有限公司是一家專注于研發(fā)、生產(chǎn)和銷售X射線工業(yè)CT產(chǎn)品的。公司總部位于上海，工廠位于寧波。奧影始終堅(jiān)持精益求精的品質(zhì)和專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，致力于為客戶提供的工業(yè)CT系統(tǒng)解決方案。

作為行業(yè)的，奧影可提供全系列的工業(yè)CT類型產(chǎn)品。包括微焦點(diǎn)工業(yè)CT 、計(jì)量型高精度工業(yè)CT 、大型雙源雙探CT、高能加速器CT 、納米CT、在線式CT、原位加載CT、快速平板CT等，可廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、航空航天、汽車、電子、醫(yī)療、新能源、科研等行業(yè)領(lǐng)域。無(wú)論是無(wú)損檢測(cè)、材料分析、質(zhì)量控制還是產(chǎn)品設(shè)計(jì)，奧影工業(yè)CT產(chǎn)品都能滿足客戶的需求。

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