仿生扭曲胶合板结构

裂纹前缘增韧

仿生各向异性异质结构通过螺旋扭曲裂纹前缘，突破传统线性增韧规律，实现对断裂韧性的异常增强。

Wu, Kaijin · Song, Zhaoqiang · MengQi, Liu · ZeWen, Wang · Si-Ming, Chen · 俞书宏 · 何陵辉 · 倪勇

Nature Communications 2025

技术优势

韧性非线性放大

通过调控微观取向诱导局部混合模式断裂，断裂韧性随取向角呈异常非线性增长，超过传统线性增韧规律。

螺旋裂纹前缘

各向异性异质结构使裂纹前缘在远程I型加载下自发扭曲成螺旋形，有效延长裂纹扩展路径并提高能量耗散。

设计优化协议

发展了一套参数化设计协议，通过调节各向异性异质结构来最大化韧性放大，为工程增韧提供基准解决方案。

应用场景

• 抗冲击复合材料：利用螺旋裂纹前缘耗散冲击能量，替代传统直线裂纹增韧设计，提高复合材料抗冲击性能。
• 增韧陶瓷与仿生结构：模仿生物扭曲结构，通过调控微观取向诱导裂纹前缘扭曲，显著提升陶瓷等脆性材料的断裂韧性。
• 抗断裂工程构件：为工程构件提供参数化增韧设计方案，通过螺旋扭曲裂纹前缘延长使用寿命并预防灾难性断裂。