Impact resistant hierarchically structured materials based on fruit walls and nut shells

基于果壁和坚果壳的抗冲击分层结构材料

基本信息

项目摘要

Fruit walls as well as nut and seed shells typically perform a multitude of functions. One of these consists in the direct or indirect protection of the seeds from mechanical damage or other negative environmental influences This qualifies such biological structures as role models for the development of new materials and components that protect commodities and/or persons from damage caused for example by rough handling or crashes. Our goal is to improve the mechanical properties of metal foam based components by altering their structure on various hierarchical levels inspired by features and principles important for the impact and/or puncture resistance of our role models, rather than by tuning the properties of the bulk material. For this we have established various investigation methods which combine mechanical testing with different imaging methods. We identified different structural hierarchies to be especially important for the mechanical deformation and failure behaviour of the biological role models. We abstracted and transferred these into corresponding structural principles and thus designed hierarchically structured bio-inspired metal foams. After the successful production of first metal based bio-inspired structures by investment casting during the 1st project period, the process has been modified and optimised within the last two years in order to realise more complex and more reliable structures, by implementing and combining different hierarchical structural elements as well as by minimising casting defects. To evaluate the structural effects, we applied similar investigation methods and mechanical testing experiments as those used for the biological role models. In the applied for project phase 3 we will further pursue this goal by gaining an even deeper quantitative understanding of the form-structure-function relationship of the biological concept generators on deeper hierarchical levels and level overarching, and by abstracting these findings and transferring them in bio-inspired metal foams and composite foam-based structures with further improved damping properties and puncture resistance.
水果壁以及螺母和种子壳通常执行多种功能。其中一种是对种子的直接或间接保护免受机械损害或其他负面环境的影响,这将有资格这样的生物结构,例如开发新材料的榜样和保护商品和/或人的成分,以保护商品和/或人员免受损害,例如通过粗糙处理或崩溃造成的损害。我们的目标是通过更改其在各种层次级别上的结构来提高基于金属泡沫的组件的机械性能,这些层次级别受到特征和原理的启发,对我们的榜样的影响和/或穿刺耐药性很重要,而不是通过调整散装材料的特性。为此,我们建立了各种研究方法,这些方法将机械测试与不同的成像方法相结合。我们确定了不同的结构层次结构对于生物榜样的机械变形和失效行为尤为重要。我们将它们提取并转移到相应的结构原理中,因此设计了层次结构化的生物启发的金属泡沫。在第一个项目期间通过投资铸造成功生产了第一个金属生物启发的结构之后,该过程在过去两年内经过修改和优化,以实现和结合不同的层次结构元素以及通过最小化铸造缺陷来实现和结合不同的层次结构元素。为了评估结构效应,我们采用了类似的研究方法和机械测试实验,与生物学模型使用的实验相似。在应用项目第3阶段的应用中,我们将通过对生物学概念发生器的形式 - 官方函数之间的关系进行更深入的定量理解,从而在更深层次的层次级别和高度高度上获得更深入的定量理解,并在基于生物启发的金属泡沫和基于复合的泡沫的结构中抽象这些发现并将其抽象到基于生物启发的金属泡沫和基于复合的泡沫结构中,并进一步改善了抑制性能和upturive promcties and Putictur andctur andcturies。

项目成果

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Professor Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek其他文献

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