众所周知,深海六方海绵体具有从无定形水合二氧化硅构造出非常复杂的骨架的能力。这样的海绵的骨骼系统(Euplectella aspergillum)由一个正方形网格状结构组成,上面覆盖着两组对角撑条,形成了类似于棋盘格状的开放式和封闭式室间模式。于此,启发于深海玻璃海绵,哈佛大学Katia Bertoldi和James C. Weaver等人开发了一种机械坚固的晶格。
本文要点:
1)结合使用有限元模拟和对不同晶格几何形状的3D打印样本进行的机械测试,研究人员证明了海绵的对角线增强策略在给定数量的材料下可获得最高的抗屈曲性。
2)此外,使用进化优化算法,证明了该启发于海绵的晶格几何形状接近了所考虑的设计空间的最佳材料分布。结果表明,从海绵骨架系统研究中获得的经验教训可用于实现几何优化的方格几何体,以避免整体结构屈曲,并对现代基础设施应用中改进材料使用具有启示意义。
参考文献:
Fernandes, M.C., et al. Mechanically robust lattices inspired by deep-sea glass sponges. Nat. Mater. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0798-1