美军资助研究新仿生材料用于防弹衣与飞机

　 　 5月15日电 据中国国防科技信息网报道，美国国防部对于美国大学一个项目资助750万美元，研究模仿虾钳的内表皮分层螺旋结构设计的新型碳纤维环氧树脂复合材料，该材料可用于飞机和汽车的框架、防弹衣和体育器材如足球头盔。

美国加州理工大学的研究团队发现螳螂虾的钳子极强、极轻，可以摧毁软体动物的壳以及螃蟹的外骨骼，其水下加速度超过0.22英寸口径的子弹。研究小组发现螳螂虾的钳子是高度复杂的结构，由三个特殊部分组成。这三个部分协同工作，比很多工程陶瓷材料更硬。其中，内表皮区域部分是螺旋状的矿化纤维层，起减震器的作用。

新的碳纤维环氧树脂复合材料模仿虾钳的内表皮分层螺旋结构设计。该研究团队使用实验和计算方法发现螺旋架构可以在受到冲击时减少沿复合面板厚度方向的损伤扩展，导致韧性的增加。新的碳复合材料结构将螺旋层安排在10度至25度三个不同的角度。两个控制结构包括一个单向层和一个目前航空航天碳复合材料的典型准各向同性结构层，随后各层在不同的方向旋转90度。

为了测试不同结构的强度，研究人员利用类似于飞机行业的落锤冲击测试系统评估凹痕损伤、外部视觉损伤和内部损伤。新的螺旋结构比工业典型准各向同性结构凹痕损失少20%到50%，同时纤维分裂与主要外部纤维损伤和穿刺现象减少。使用超声波，研究人员发现传统的准各向同性样品发生灾难性的内部断裂，但新的螺旋结构试样内部的损伤仅发生在横向扩展结构中。在压缩试验中，压裂后，新的螺旋结构材料比传统的准各向同性材料多约15%到25%的残余强度。该团队使用有限元建模来理解失效模式并对结构进行修正。按螺旋模型设计的碳复合材料可用于飞机和汽车的框架、防弹衣和体育器材如足球头盔。该项研究是由美国空军科学研究办公室和美国国家科学基金会资助，并继续获得了国防部750万美元的资助。(胡燕萍）