在不同冲击速度下增强建筑抵抗力的新策略

类珍珠质结构是受生物启发的结构，在静态或特定低速负载下作为抗冲击模板表现良好。近日，中科大倪勇教授和何令辉教授领导的研究团队发现，当冲击速度超过临界值时，类珍珠质结构比层状结构消耗的能量更少。此外，他们设计了一种混合架构来应对各种冲击速度。他们的研究发表在《自然通讯》上。

珍珠质的“砖和砂浆”排列使它们能够在被捕食者砸碎时消散冲击能量。先前的研究已经证实了珍珠质结构在低冲击速度下的高抗冲击性。为了比较类珍珠质结构在各种冲击速度下的抗冲击性，该团队将激光雕刻玻璃板与聚合物夹层层压在一起以模仿天然珍珠层结构，并进行落塔测试以比较类珍珠质结构的抗冲击性，叠层结构和整体结构。

结果表明，由于片剂在大体积上滑动，因此类珍珠质结构在低冲击速度的窄范围内表现出更高的抗冲击性。当冲击速度超过临界值时，层状结构发生径向裂纹和分层，耗散更多能量，比珍珠质结构表现出更高的抵抗力。

该团队还揭示了临界冲击速度与结构尺寸和边界条件之间的关系，这解释了为什么当捕食者的冲击速度超过14.7至23.5m/时，具有纳米级多层结构的天然珍珠质会被压碎。秒。

基于他们的发现，该团队设计了一种混合面板，由前部高速区域的层状结构和后部低速区域的珍珠质结构组成，结合了两种结构的优点。测试结果表明，混合设计在很宽的冲击速度范围内表现出最佳的抗冲击性。

这项工作提供了一种简单有效的策略，可以在未来应用于其他结构，以提高在更广泛的冲击速度范围内的抵抗性能。

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