5月15日電 據中國國防科技信息網報道，美國國防部對于美國大學一個項目資助750萬美元，研究模仿蝦鉗的內表皮分層螺旋結構設計的新型碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料，該材料可用于飛機和汽車的框架、防彈衣和體育器材如足球頭盔。

美國加州理工大學的研究團隊發(fā)現螳螂蝦的鉗子極強、極輕，可以摧毀軟體動物的殼以及螃蟹的外骨骼，其水下加速度超過0.22英寸口徑的子彈。研究小組發(fā)現螳螂蝦的鉗子是高度復雜的結構，由三個特殊部分組成。這三個部分協(xié)同工作，比很多工程陶瓷材料更硬。其中，內表皮區(qū)域部分是螺旋狀的礦化纖維層，起減震器的作用。

新的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料模仿蝦鉗的內表皮分層螺旋結構設計。該研究團隊使用實驗和計算方法發(fā)現螺旋架構可以在受到沖擊時減少沿復合面板厚度方向的損傷擴展，導致韌性的增加。新的碳復合材料結構將螺旋層安排在10度至25度三個不同的角度。兩個控制結構包括一個單向層和一個目前航空航天碳復合材料的典型準各向同性結構層，隨后各層在不同的方向旋轉90度。

為了測試不同結構的強度，研究人員利用類似于飛機行業(yè)的落錘沖擊測試系統(tǒng)評估凹痕損傷、外部視覺損傷和內部損傷。新的螺旋結構比工業(yè)典型準各向同性結構凹痕損失少20%到50%，同時纖維分裂與主要外部纖維損傷和穿刺現象減少。使用超聲波，研究人員發(fā)現傳統(tǒng)的準各向同性樣品發(fā)生災難性的內部斷裂，但新的螺旋結構試樣內部的損傷僅發(fā)生在橫向擴展結構中。在壓縮試驗中，壓裂后，新的螺旋結構材料比傳統(tǒng)的準各向同性材料多約15%到25%的殘余強度。該團隊使用有限元建模來理解失效模式并對結構進行修正。按螺旋模型設計的碳復合材料可用于飛機和汽車的框架、防彈衣和體育器材如足球頭盔。該項研究是由美國空軍科學研究辦公室和美國國家科學基金會資助，并繼續(xù)獲得了國防部750萬美元的資助。(胡燕萍）