金龜子外甲殼微結構的強韌性分析.pdf

1、自然界的生物材料幾乎都是復合材料，因此都可被稱為自然生物復合材料。自然生物復合材料經過若干世紀的選擇進化，形成了各種優(yōu)良的微結構，這些優(yōu)良的微結構使自然生物復合材料具有了優(yōu)良的力學性質。對自然生物復合材料微結構的深入研究將給人造高性能新型復合材料研究提供有益指導。金龜子外甲殼是一種典型的自然生物復合材料，具有優(yōu)化的微結構和優(yōu)良的力學性質。本研究首先使用掃描電鏡(SEM)觀察了金龜子外甲殼的微結構，發(fā)現其是一種由幾丁質纖維和蛋白質基體組成

2、的纖維增強生物復合材料，觀察也發(fā)現其中存在以下奇特的微結構：(1)異形纖維端頭；(2)刺狀纖維；(3)纖維繞孔排列；(4)雙喇叭形支柱夾芯結構；(5)纖維非均勻鋪層。對這些奇特的纖維及纖維鋪層微結構建立簡化的微結構模型，并利用有限元工具對這些微結構及人造復合材料常規(guī)纖維增強結構的力學性質進行了比較分析，得到以下結論： (1)異形纖維端頭通過減小其纖維端頭與基體交界面上的剪應力集中，較好地避免纖維與基體的脫膠，提高了材料強韌性。異

3、形纖維端頭也能夠顯著提高了復合材料的剛度。 (2)刺纖維可提高纖維的拔出阻力和復合材料的屈服極限，降低纖維-基體間的最大剪應力，改善復合材料的強韌性； (3)纖維繞孔排列方式使得復合材料孔洞處增強纖維保留，可減小孔邊應力集中及較好地傳遞孔邊應力，提高了含孔復合材料的強度和剛度； (4)雙喇叭形支柱夾芯結構可提高材料的抗壓和抗剪切能力。 (5)纖維非均勻分布鋪層通過根據外載情況合理地布置纖維粗細疏密，使得復