单轴压缩下砖砂浆仿生结构的数值分析

C. V. Opelt, Lucas Rodrigo de Souza
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摘要

自然创造的材料具有独特的特性,是多年来连续迭代的结果,因此是开发新材料解决方案的丰富灵感来源。在这项研究中,不同的结构受到砖和砂浆概念的启发,构成了珍珠母的微观结构。为此,固体块通过圆形结构连接,以达到与文石板和有机材料相同的耗能效果。为此,我们使用有限元分析(FEA)软件对不同内部块几何形状的试样进行压缩试验,并分析了总能量吸收和每个试样的比吸收能量。结果表明,固体结构能吸收87 J/kg的能量,而其他结合结构的样品平均少吸收91%的能量。通过分析试样的应力分布,估计这种差异是由于连接单元中应力的过度集中,导致结构关键区域的过早失效。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
Análise numérica de estruturas biomiméticas do tipo brick-and-mortar submetidas à compressão uniaxial
Os materiais criados pela natureza possuem propriedades únicas, resultado de sucessivas iterações ao longo dos anos, sendo, portanto, uma rica fonte de inspiração para o desenvolvimento de novas soluções em materiais. Neste estudo, foram avaliadas diferentes estruturas inspiradas no conceito brick-and-mortar, que compõe a microestrutura da madrepérola. Para isso, blocos sólidos foram conectados por estruturas circulares, com o intuito de alcançar o mesmo efeito de dissipação de energia que as placas de aragonita e o material orgânico propiciam. Para essa avaliação, utilizou-se de um software FEA (finite elements analysis) para a simulação de ensaios de compressão em amostras com diferentes geometrias de blocos internos, e analisada a absorção total de energia, bem como a energia absorvida específica de cada amostra. Os resultados demonstram que a estrutura sólida foi capaz de absorver 87 J/kg, enquanto as demais amostras com estruturas de ligação absorveram, em média, 91% menos energia. Analisando a distribuição de tensão nas amostras, estima-se que essa diferença ocorra devido à concentração de tensões excessivas nos elementos de ligação, causando falhas prematuras em regiões críticas das estruturas.
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