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美国空军研究实验室首次研发出冲击单向传递材料
2019-05-16

[据PHYS网站2019年5月9日报道]  美国空军研究实验室的一个研究小组开发出一种可以单向传递冲击力的聚合物泡沫状结构。在美国空军科学研究办公室的资助下,美国空军研究实验室联合洛斯阿拉莫斯国家实验室致力于研发材料的形变技术,以满足军用及其他领域的相应需求。项目团队采用3D打印技术制造出一种可以单向传递冲击力的聚合物泡沫结构,实现了冲击领域长期以来的研究目标。
这种新型材料是一种包含许多微孔的泡沫状结构,这些微孔经过特殊设计,决定了材料的整体特性。为达到预期效果,美国空军研究实验室的研究人员花费了数月的时间利用计算机模型进行模拟实验,从而确定了最有效的微孔形状。确定了一种可行的结构后,团队会首先打印出一个比橡皮稍大一些的样件。在洛斯阿拉莫斯国家实验室的帮助下,使用阿贡国家实验室的动态压缩设施对样件进行测试,并使用X射线对其成像以确定性能。
测试使用的动态压缩设施是一种独特的设备,可以对动态事件的全过程进行成像,从而帮助研究人员获知不同微观结构对冲击效果的影响。此前使用传统的冲击压缩测试难以展现冲击压缩过程中的局部现象。研究人员仅仅能够观察到最终的冲击作用存在差异,但是无法获知形成这种差异的具体原因。
美国空军研究实验室基于这些测试结果进一步对微观结构进行微调和完善,最终得到含有一系列空心锥体的微观结构。当冲击波与这些空心椎体相遇时,空心椎体会向内塌陷,并在对侧顶端形成射流将冲击波的能量集中,从而使材料具备了独特的单向传递性能。
该项成果是材料工程领域的一个重大突破,是在美国空军科学研究办公室的基础研究经费的支持下,美国空军研究实验室、洛斯阿拉莫斯以及阿贡国家实验室团队基于其专业知识合作、沟通的共同成果。美国空军研究实验室提供材料技术,洛斯阿拉莫斯国家实验室负责测试工作,并借助阿贡国家实验室先进的高速成像能力。这些新的成像能力、新的制造技术以及计算机模拟技术,使得项目团队能够以之前远远无法达到的方式获取测试图像并对其进行评估。
虽然尚处于开发初期,但是该技术具有扩展应用于多种领域的潜力,例如结构防护等。项目团队计划发表该项研究成果,并努力将这项技术进一步完善成熟并集成于现有系统中。(北方科技信息研究所  徐可)
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