Figure 1. Les prédictions du modèle théorique suggèrent que les structures suturales trouvées dans un certain nombre de manifestations naturelles ont évolué vers leurs géométries optimales pour obtenir les meilleures performances d'amortissement. Crédit :Université de Pékin
Matériaux composites avancés hautes performances intégrant une grande rigidité, la force et d'excellentes performances d'amortissement sont en demande urgente dans l'aérospatiale, énergie, transport à grande vitesse et d'autres domaines. Cependant, il est difficile pour les matériaux d'amortissement traditionnels d'exceller à la fois en termes de performances d'amortissement et de propriétés mécaniques statiques. En revanche, les matériaux biologiques dans la nature réalisent la coexistence de propriétés statiques et d'amortissement supérieures grâce à une conception de microstructure sophistiquée. Par exemple, les pavages de suture de différentes échelles de longueur sont largement trouvés dans les matériaux biologiques tels que les crânes d'animaux, becs de pics, carapaces de tortues, graines de pourpier, etc.
Récemment, l'équipe de recherche du professeur Wei Xiaoding du Département de mécanique et des sciences de l'ingénieur a publié ses études théoriques sur l'effet de la structure des sutures sur la dissipation d'énergie des biocomposites dans le Journal de la mécanique et de la physique des solides . Leur travail établit la relation entre la géométrie suturale et les performances d'amortissement. Il montre comment les biomatériaux dans la nature assemblent délicatement les unités structurelles porteuses à travers les interfaces suturales pour réaliser l'optimisation simultanée d'une excellente capacité de charge et des performances de dissipation d'énergie dynamique. La théorie peut expliquer comment différents matériaux biologiques ont développé des angles de suture et des amplitudes de différentes échelles au cours du long processus évolutif (Figure 1).
L'équipe a ensuite synthétisé un composite bio-inspiré avec des interfaces suturales via une imprimante 3D multi-matériaux. Les expériences montrent que la conception bioinspirée atteint une performance d'amortissement exceptionnelle tout en ayant une excellente capacité de charge. Les résultats de cette étude peuvent fournir des conseils précieux pour la conception et la fabrication d'une nouvelle génération de matériaux composites structuraux avancés avec des propriétés mécaniques statiques et dynamiques exceptionnelles.
