仿生Bouligand结构3D打印水泥基复合材料

弯曲韧性近翻倍

通过独特的螺旋层状Bouligand结构，3DP-SHCC层合板有效抑制损伤局部化并激活多重增韧机制，实现强度与韧性的协同提升。

Li, Shiping · Yan, Sun · Qian, Ye · 陈务军 · Zhang, Daxu · Yu, Xiaoniu

Composites Part B: Engineering 2025

参数信息

结构小螺距角试样开裂荷载提升

71.5 %

结构小螺距角试样峰值荷载提升

72.6 %

结构小螺距角试样能量吸收提升

98.1 %

结构试样开裂荷载提升

22.2 %

技术优势

韧性近翻倍

小螺距角单Bouligand层合板能量吸收比浇筑对照高98.1%，弯曲韧性显著提升。

强度韧性兼得

Bouligand结构同时提高开裂荷载、峰值荷载和能量吸收，突破传统强度-韧性倒置关系。

损伤不局部脆断

螺旋层状结构抑制损伤局部化，促使裂纹分叉、扭转和偏转，避免突发脆性破坏。

打印即可定制

通过机器人增材制造可直接打印出具有Bouligand结构的层合板，无需改变材料配方。

应用场景

• 损伤容限工程构件：用其高韧性和抗损伤能力设计关键承载构件，避免突发脆性破坏。
• 3D打印建筑材料：3D打印可直接构筑复杂Bouligand结构，为建筑构件提供定制化增韧设计。
• 先进水泥基复合材料：通过结构设计而非改变配方实现强度与韧性协同，推动水泥基材料性能升级。
• 仿生结构材料：从螳螂虾和腔棘鱼鳞片获取灵感，为工程材料提供仿生增韧新路径。