Науковці з університетів Шотландії та Італії розробили новий тип захисного матеріалу для автомобілів, який може значно покращити безпеку під час зіткнень.
Читайте також:
Перший у світі. У США створили металевий гель, який витримує екстремальне тепло і може змінити енергетику майбутнього Йдеться про адаптивний метаматеріал, надрукований на 3D-принтері, що має унікальну решітчасту структуру. Ця структура дозволяє матеріалу скручуватися всередину себе, ефективно поглинаючи енергію удару. Така здатність до скручування забезпечує захист від різних типів і рівнів навантаження.
Матеріал реагує на удари механічно, без використання електроніки чи гідравліки. Його можна налаштувати для жорсткого опору при сильних зіткненнях або м’якого амортизування при легких ударах. За словами професора Шанмугама Кумара з Інженерної школи Джеймса Ватта Університету Глазго, при стисканні решітка перетворює силу на скручування, і зміна граничних умов дозволяє регулювати здатність до поглинання енергії. Це означає, що матеріал самостійно адаптується до типу та сили удару, зменшуючи його наслідки.
Новий матеріал виготовлений зі сталі методом адитивного виробництва, більш відомого як 3D-друк. Такий підхід дає змогу точно контролювати внутрішню структуру, створюючи складну пористу форму — гіроїдну решітку. Ці метаматеріали є підкласом архітектурних решіток, механіка яких описується мікрополярною еластичністю. Вони виникають із скручувальних операцій на базових решітках і демонструють геометрично зумовлену торсійну дію та нелінійну реакцію, що дозволяє їм адаптуватися до ударів.
У дослідженні, опублікованому в журналі Advanced Materials, науковці застосували багаторівневу модель прогнозування, яка поєднує континуумну механіку Косера, метод скінченних елементів і експериментальні дані. Вони надрукували гіроїдні структури зі сталі FE7131 з відносною щільністю 10% і протестували їх під час повільного та швидкого стискання з різними обмеженнями на скручування. Результати показали, що коли матеріал не міг скручуватися, він демонстрував максимальну жорсткість і поглинав найбільше енергії — 15,36 джоуля на грам.
Для точного узгодження теоретичних і експериментальних даних дослідники врахували геометричні недосконалості, які виникають під час 3D-друку, використовуючи мікро-КТ реконструкцію надрукованих решіток. Вони також нанесли результати на діаграму Ашбі, яка підтвердила перспективність скручувальних метаматеріалів як нового класу адаптивних захисних матеріалів для автомобільної, залізничної, авіаційної та оборонної галузей.
Окрім безпеки, дослідники вважають, що ці матеріали можуть бути використані для нових способів збору енергії, перетворюючи удари на обертальну кінетичну енергію. Це відкриває шлях до створення багатофункціональних систем, здатних одночасно захищати та генерувати енергію.
Читайте також:
