Explorez le potentiel de transformation de la conception de filets bio-inspirés, en tirant des leçons de la nature pour créer des matériaux et des structures avancés destinés à l'industrie automobile. filets de sport. Découvrez les applications dans les équipements sportifs, les composites et les conceptions innovantes, qui améliorent la résistance, la durabilité et l'absorption d'énergie.
Réseaux bio-inspirés : apprendre de la conception de la nature
Ce document comprend une introduction qui donne un aperçu de la conception des filets bio-inspirés et de son importance pour l'innovation. Il se penche ensuite sur le biomimétisme et les équipements sportifs, en abordant les analogues de la soie d'insecte, les transformations sous-jacentes et la rétention d'énergie. La section suivante explore les composites bio-inspirés, en mettant l'accent sur les composites à base de fibres naturelles, les transformations structurelles et la rétention d'énergie. L'accent est ensuite mis sur les matériaux bio-inspirés, avec les toiles d'araignée comme modèles de conception, leur utilisation dans les tests d'impact et les sections transversales rondes inspirées par les insectes.
La discussion porte ensuite sur divers panneaux sandwichs en nid d'abeille, en mettant l'accent sur les conceptions inspirées du pied de poney, les systèmes progressifs de toile d'araignée et les structures inspirées de la bande de pomelo. Enfin, la conclusion résume les résultats et suggère des orientations futures pour la conception de filets bio-inspirés, suivie d'une section FAQ abordant des questions clés liées au biomimétisme, aux types de conceptions bio-inspirées, aux secteurs d'activité concernés et aux techniques de fabrication additive.
Les plans bio-inspirés s'inspirent de la nature pour résoudre les problèmes de conception. La nature a passé des milliards d'années à améliorer les plans par le biais du progrès. De la soie exacte de l'insecte aux collines de termites, la nature offre des arrangements astucieux qui améliorent la force et la solidité. Actuellement, l'intelligence simulée bio-inspirée s'inspire de la nature par le biais de l'affichage informatique et de l'élaboration de nouveaux plans. Cette approche a des applications dans les domaines suivants filets de protection pour le sport Les réseaux bio-inspirés peuvent être utilisés dans les domaines de la conception, de la mécanique avancée et bien plus encore, en interprétant les normes normales pour les transformer en innovations. En imitant des structures biologiques telles que la soie des insectes et les carapaces des animaux rampants, les plans de réseaux bio-inspirés peuvent donner naissance à de nouveaux matériaux d'exécution supérieurs.
Biomimétisme et équipement sportif
Analogues de la soie d'insectes
La soie d'insecte est peut-être l'un des matériaux de filet bio-inspirés les plus ancrés dans la nature. Elle présente une rigidité équivalente à celle de l'acier, tout en étant plus légère et beaucoup plus dure. Sa microstructure discrète, composée de zones ressemblant à du verre implantées dans une structure protéique nébuleuse, lui confère résistance et adaptabilité. Les scientifiques ont imité la soie d'insecte en utilisant des nanofibres composites électrofilées contenant du polycaprolactone et des nanocristaux de cellulose pour accroître encore la résistance.
Transformation sous-jacente
Les modèles ordinaires supportent souvent l'usure par le biais d'améliorations primaires plutôt que matérielles. Les os supportent des charges monotones grâce à des changements de composition, comme les filaments de collagène qui renforcent le réseau. De même, la transformation primaire de l'équipement sportif renforce sa solidité, comme les tubes inspirés du bambou, qui résistent à l'agrippement grâce à la dissémination des fibres de la pente.
Rétention de l'énergie
Les recherches sur la fibre simple de soie d'insecte ont révélé une rétention d'énergie et une rigidité explicites extraordinaires. Les ligaments normaux ont également fait preuve d'une force étonnante filets de sportMalgré le fait que les ligaments associent les muscles aux os pour la transmission de la force. Les filets bio-inspirés ligaments impliquant des fibres pour la rétention d'éléments défensifs ont développé la dispersion de l'énergie pendant les influences.
Composites bio-inspirés
Composites à fibres normales
Les filaments végétaux tels que les composites de jute, de lin et de chanvre ont affiché des propriétés mécaniques très supérieures à celles des fils de verre à des épaisseurs moindres. Les composites unidirectionnels sisal/époxy présentent une rigidité et une solidité similaires à celles du verre E/époxy. L'hybridation normale fabriquée a utilisé les qualités tout en atténuant les défauts.
Transformation primaire
Quelques matériaux de filets bio-inspirés supportent la pression grâce à des pentes dans les propriétés mécaniques. Les groupes vasculaires de bambou ont montré une augmentation de la résistance vers l'extérieur avec une diminution de la porosité. Des composites biomimétiques reflétant le bambou consolidant des microsphères vides à porosité graduée dans l'époxy ont amélioré la variation primaire.
Rétention de l'énergie
Des composites progressifs bio-inspirés ont été examinés, par exemple des tubes superposés inspirés du bois. Ces chambres miniatures recouvertes, installées dans des chambres à grande échelle plus grandes, ont retenu 40% plus d'énergie que les conteneurs homogènes de masse équivalente. Les angles sous-jacents des tubes d'écume en aluminium, semblables à des bandes de pomelo, améliorent la solidité, augmentant la rétention d'énergie de 1,5 fois.
Matériaux bio-inspirés
Les toiles d'araignée comme modèles de plan
Cobwebs a rationalisé la traînée et la solidité à l'aide d'exemples mathématiques. Leurs conceptions complexes ont été inspirées par des reconstitutions informatiques d'éléments liquides et par la rationalisation de la géographie. Les réseaux imprimés en 3D et inspirés par la biologie ont développé la fermeté 37% par rapport aux grilles standard en nid d'abeille.
Des toiles d'araignée pour tester l'effet
Des réseaux d'insectes inspirés par des conceptions infinitésimales ont dirigé le plan d'influence anisotrope imprimé en 3D en toute sécurité. matériaux pour filets de sport. Les limites mathématiques sont adaptées à l'assimilation de l'énergie. Les organisations de filaments de verre imprimés ont ingéré la plus grande quantité d'énergie.
Segments transversaux ronds inspirés par les insectes
Tubes imprimés en 3D inspirés des élytres de Creepy Crawly avec des segments transversaux hexagonaux, trilatéraux et ronds habituels sous l'effet de l'arc. Les segments transversaux ronds ont augmenté la fermeté en améliorant les zones hexagonales. Les hexagones standard ont produit environ 50% de la solidité des hexagones disposés arbitrairement en raison de l'épaisseur anisotrope de la paroi cellulaire.
Différents panneaux sandwichs en nid d'abeille nivelés
Plans inspirés du pied de poney
La structure du pied de poney a inspiré des filets bio-inspirés, des nids d'abeilles essayés sous pression. L'ajout de flux et de reflux ronds aux parois des nids d'abeilles a amélioré l'assimilation de l'énergie. L'augmentation de l'épaisseur des parois a également permis d'accroître la puissance de pointe et l'assimilation de l'énergie.
Systèmes progressifs Cobweb
Les nids d'abeilles à niveaux divers inspirés des toiles d'araignée ont montré une assimilation d'énergie explicite plus élevée que les nids d'abeilles standard. La première demande de système progressif a développé la rétention 62.1% et la seconde demande 82.4% sans diminution de l'épaisseur du centre.
Pomelo Strip Inspired Order
Le centre du nid d'abeilles progressif inspiré de l'organisation vasculaire de la bande de pomelo a montré une ingestion d'énergie explicite et une pression de niveau 1,5 fois plus élevées que les nids d'abeilles standard sous une pression hors plan, en raison de la densification du centre et de la porosité de la pente.
Conclusion
Cet article a examiné des conceptions perméables de filets bio-inspirés allant du bambou, du bois, des pieds de cheval aux toiles d'araignée et aux lamelles de pomelo. Leurs propriétés inhérentes ont donné lieu à des plans biomimétiques testés provisoirement et mathématiquement. Les plans progressifs ont amélioré les propriétés de manière fiable. Les plans bio-inspirés des modèles cellulaires, des composites et des panneaux sandwich ont montré une résistance, une solidité et une consommation d'énergie accrues. Les travaux futurs peuvent faire progresser les plans, étudier différentes espèces et niveaux de complexité en appliquant une rationalisation multi-objectifs et multi-échelles. Associés à la production de substances supplémentaires, les plans bio-inspirés peuvent créer des conceptions légères multifonctionnelles sur mesure.
FAQ
Q : Qu'est-ce que le biomimétisme/la bioinspiration ?
R : Le biomimétisme, ou bioinspiration, fait référence à la manière la plus courante de reproduire les plans et les idées de la nature pour résoudre des problèmes humains. Il s'agit de se concentrer sur les structures, les cycles et les environnements biologiques pour développer de nouveaux matériaux, gadgets et conceptions. L'objectif est de reproduire la compétence, la flexibilité et la viabilité des structures régulières par le biais d'arrangements mécaniques.
Q : Quels types de dessins peuvent être bioinspirés ?
R : Un large assortiment de motifs réguliers sert de motivation, y compris des tubes, des nids d'abeille, des mousses, des sections transversales, et le ciel est la limite à partir de là. Les modèles comprennent des tiges de bambou, des os, des grains de bois, de la soie d'insecte et des ailes de papillon. Les chercheurs les étudient à des échelles miniatures ou nanométriques afin de déterminer leurs propriétés et de reproduire artificiellement des plans.
Q : Quelles sont les entreprises qui utilisent des plans bioinspirés ?
R : Les plans de réseaux bio-inspirés ont des applications dans des domaines tels que l'aviation, les transports, la biomédecine, l'énergie et la protection. Les modèles se souviennent des mousses métalliques inspirées des os pour l'avionique, des composites semblables au bois pour les voitures et de la mécanique avancée inspirée des insectes souterrains pour la recherche et le sauvetage. Les avantages du biomimétisme sont également à l'origine de son utilisation.
Q : Quelles sont les stratégies de fabrication de substances ajoutées utilisées ?
R : Les techniques typiques d'impression 3D de plans bioinspirés comprennent l'expulsion de matériaux, l'envol de matériaux, la polymérisation de réservoirs, l'écoulement d'éléments de fixation et la combinaison de lits de poudre. La stratégie dépend du matériau, des mathématiques et de l'échelle de création. L'impression multi-matériaux et l'impression non-stop de fibres fonctionnent également avec des plans biomimétiques complexes.
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