基于Bouligand结构的抗冲击性能研究

摘要

Bouligand结构是一种广泛存在于甲壳类外骨骼、鱼鳞及骨组织等天然材料中的典型螺旋层状结构，具有优异的抗冲击性能和损伤容限。可有效调控冲击载荷作用下的应力传递规律，改变裂纹扩展路径，实现结构高效耗能增韧。本文系统综述了Bouligand结构的天然原型、基本构型及人工构筑方法，重点分析层间旋转角、螺距、层厚、界面性能及材料组分等关键因素对结构冲击响应和损伤演化行为的影响规律，并总结了裂纹偏转、裂纹扭转、界面分层、纤维桥联及纤维拔出等主要耗能增韧机制。梳理了Bouligand结构在低速冲击、高速冲击及防护复合材料领域中的研究进展，归纳了现阶段研究存在的问题，并从梯度化、层级化、多功能化及计算辅助优化设计等方面展望了未来发展趋势，为高抗冲击仿生结构材料的设计与性能优化提供参考。