三维旋转刚体ECC结构

各向异性拉胀高吸能

一种由工程水泥基复合材料经间接3D打印制造的三维旋转刚体结构，其内部立方体旋转产生拉胀效应，在静态压缩和动态冲击下均展现出远优于二维结构的变形能力与能量吸收性能。

程站起 · Jia, Kang · Panpan, Zhu · Wang, Peiying · 冯虎

Cement and Concrete Composites 2025

具体参数

最大压缩应变

{'zh': '33.5', 'en': '33.5'} %

最大压缩应变

{'zh': '28.7', 'en': '28.7'} %

最大压缩应变

{'zh': '22.4', 'en': '22.4'} %

冲击特定能量吸收

{'zh': '185.20', 'en': '185.20'} J/mm³

冲击特定能量吸收

{'zh': '97.32', 'en': '97.32'} J/mm³

冲击特定能量吸收

{'zh': '98.02', 'en': '98.02'} J/mm³

技术优势

应变能力大幅提升

内部立方体旋转机制使结构在三个方向都能承受大压缩应变，最大可达33.5%，远超二维结构，提升了结构适应大变形的能力。

能量吸收显著提高

与二维结构相比，三维旋转刚体结构在三个方向的特定能量吸收分别高出319.7%、27.7%和142.6%，表明其吸能效率更高。

冲击能量耗散出色

在冲击载荷下，三维旋转刚体结构在X方向SEAv达到185.20 J/mm³，Y和Z方向也超过97 J/mm³，显示出强大的动态能量耗散能力。

应用场景

• 抗震隔离器：利用其各向异性拉胀和大应变能力，实现多向隔震。
• 高速铁路减振轨道：高能量吸收可衰减轨道振动，提升高速铁路运行稳定性。
• 冲击防护模块：在冲击下耗散大量能量，保护结构免受损伤。
• 智能能量收集器件：各向异性应变耦合可用于能量收集，实现结构-功能一体化。