從衝擊-耗散分形立方體鍛造高科技盔甲
2020-12-08 騰訊網
模擬顯示日益複雜的分形結構如何從衝擊波中消耗能量。
具有緊密空間的加成分形結構比固體立方體具有五倍的散感衝擊波。
微小的 3D 列印塑料立方體，其中內置了複雜的分形空隙，已證明能夠有效消散衝擊波，可能導致新型輕質盔甲和結構材料有效抵禦爆炸和衝擊。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家、論文的主要作者達娜·達特鮑姆（Dana Dattelbaum）在《AIP進展》雜誌上發表了論文，他說："這項工作的目標是操縱衝擊波產生的波相互作用。"如何做到這一點的指導思想還沒有明確定義，當然與加工業材料的機械變形相比，這要不那麼明確。由於先進的中尺度製造和設計，我們正在定義這些原則。
利用空隙的衝擊波分散材料在過去已經開發過，但它們通常涉及通過試驗和錯誤發現的隨機分布。另一些人則使用層來波及衝擊和釋放波。精確控制材料中孔的位置，使研究人員能夠設計、建模和測試結構，以可重複的方式執行設計。
研究人員測試了他們的分形結構，以大約每小時670英裡的速度向它們發射撞擊器。結構化立方體比相同材料的固體立方體的散多塊消散衝擊好五倍。
雖然有效，但尚不清楚分形結構是否是最好的減震設計。研究人員正在研究其他基於空隙或界面的模式，以尋找理想的結構來消散衝擊。新的優化算法將指導他們的工作到由常規重複結構組成的結構之外的結構。潛在的應用可能包括車輛、頭盔或其他人可穿戴防護的結構支撐和保護層。
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什麼是分形？「分維和分形的設想」最早由本華·曼德博（Benoit B. Mandelbrot）於 1973 年在法蘭西學院講課時提出，但人類在這個概念被提出之前早已發現了分形現象。1904 年，瑞典數學家科赫（Helge von Koch）首次發表了雪花圖案的結構—科赫曲線（又稱雪花曲線），它被認為是一種數學怪胎，一種奇怪的人工構造（但實際上並不是，自然界中到處都是以分形結構存在著的圖形）。分形具有以非整數維[1]形式充填空間的形態特徵。 -
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