Bamboo‐Inspired Structurally Efficient Materials with a Large Continuous Gradient

竹子 多孔性 材料科学 制作 抗弯强度 复合材料 纤维 工作(物理) 钢筋 机械工程 工程类 医学 病理 替代医学
作者
Anran Mao,Jiewei Chen,Xiaochen Bu,Lulu Tian,Weiwei Gao,Eduardo Saiz,Hao Bai
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (35): e2301144-e2301144 被引量:59
标识
DOI:10.1002/smll.202301144
摘要

Because of its light weight and high strength, bamboo is used in many applications around the world. Natural bamboo is built from fiber-reinforced material and exhibits a porous graded architecture that provides its remarkable mechanical performance. This porosity gradient is generated through the unique distribution of densified vascular bundles. Scientists and engineers have been trying to mimic this architecture for a very long time with much of the work focusing on the effect of fiber reinforcement. However, there still lacks quantitative studies on the role of pore gradient design on mechanical properties, in part because the fabrication of bamboo-inspired graded materials is challenging. Here, the steep and continuous porosity gradient through an ingenious cellular design in Moso bamboo is revealed. The effect of gradient design on the mechanical performance is systematically studied by using 3D-printed models. The results show that not only the magnitude of gradient but also its continuity have a significant effect. By introducing a continuous and large gradient, the maximum flexural load and energy absorption capability can be increased by 40% and 110% when comparing to the structure without gradient. These bamboo-inspired cellular architectures can offer efficient solutions for the design of damage tolerant engineering structures.
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