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Youth Talks第七期(中文)丨构筑材料的设计与力学

已有 2464 次阅读 2023-3-28 15:24 |个人分类:国际交流|系统分类:观点评述

3月28日晚八点,Youth Talks第七期,同济大学印真、新加坡南洋理工大学刘明超、德克萨斯大学奥斯汀分校张雲岚三位嘉宾进行分享。此外,天津大学国瑞教授也将参与本次分享,本期主持人为天津大学黄显教授。

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仿生结构设计:贝壳教我们如何克服脆性

印真  同济大学

ABSTRACT:由于出色的硬度和化学稳定性,玻璃与陶瓷在许多工程应用中起着重要作用。然而由于其与生俱来的脆性,玻璃与陶瓷的可靠性和损伤容限都较差,限制了它们的进一步应用。可是,对于传统工程结构或材料,诸如刚度、韧性等力学性能往往是相互冲突的,因而兼顾这些性能往往十分困难。有意思的是,贝壳虽然是由脆弱的矿物质所组成的生物陶瓷,却实现了超过其组分千倍的高韧性并仍保有较高的刚度和强度。其中的奥秘在于贝壳内高度规律的层级微结构,诱发了刚性的矿物构件与可延展的有机界面之间的协同作用。在本次报告中,我将展示领域内先驱在探索贝壳生物结构与力学机制上的奠基性工作,介绍目前仿贝壳结构研究的最新进展,并分享我在通过三维激光蚀刻方法研发可高度变形、高韧性且有较好透光率的仿贝壳介观结构上的相关研究。

BIOGRAPHY:真博士,上海自主智能无人系统科学中心,同济大学控制科学与工程系教授。在此之前,他在德国马克斯·普朗克智能系统研究所任洪堡博士后学者。2020年获麦吉尔大学机械工程系博士学位,2014年获美国罗切斯特理工学院机械工程硕士学位,2012年获复旦大学力学与工程科学系学士学位。印真的主要研究方向是仿生结构、先进制造、结构力学与机器人机构。在他空闲时间里,印博士喜欢绘画、摄影以及修复老照片。


基于构筑材料的可变形结构设计

刘明超 新加坡南洋理工大学


ABSTRACT:可变形的结构之于软体机器人等一系列新兴的工程应用,如同进化的形状改变能力之于生物有机体一样重要:动物和植物通过改变形状来应对外界的刺激,而软体机器人也需要具有能够改变形状的能力,以适应不同的外部环境并完成不同的任务。具有形状改变能力的人造结构被称为可变形结构。近年来,该领域提出了许多不同的结构变形机理,但由于本征的几何不相容条件限制,实现从二维平面到特定三维目标结构的转变仍然具有挑战,尤其是缺乏逆向设计框架。此外,现有方案通常需要多种响应材料以及外部刺激来实现特定三维形状。本报告将通过几个例子展示如何利用构筑材料,通过简单的力学原理,创造出具有复杂几何形状(例如复杂的曲率分布和非轴对称性)以及多稳态和可重编程性的可变形结构。

BIOGRAPHY:刘明超,新加坡南洋理工大学校长博士后研究员,英国伯明翰大学助理教授。2018到2021年期间受英国皇家学会牛顿国际学者奖学金资助在牛津大学数学研究所从事博士后研究。2018年博士毕业于清华大学力学系,2013年本科毕业于山东大学工程力学系。目前的主要研究方向为弹性细长结构的力学分析及其在可变形结构设计以及软体机器人建模中的应用。


构筑材料形状记忆合金类似物

张雲岚 德克萨斯大学奥斯汀分校


ABSTRACT:形状记忆合金 (SMA) 是一种智能材料,可在医疗设备、牙髓锉,和结构阻尼器等多个领域得到应用。然而,这些材料的广泛使用受限于其高成本,这是由对高纯度原材料和广泛的热机械加工的需求驱动的。构筑材料是另一类新兴材料,通常由许多单元组成。通过定制单元的几何形状和拓扑结构,这些材料可以表现出新颖或特殊的特性,以及对物理刺激的响应。在这里,我们创建了一种构筑材料,它可以重现 SMA 的特性,称为 SMA 的构筑材料类似物 (ASMA)。ASMA 包含周期性多稳态单元,并且可以表现出 SMA 的超弹性和形状记忆效应。ASMA 可由多种聚合物制成,通过许多不同的低成本生产工艺和 3D 打印制成,旨在响应热、磁场和溶剂吸收等各种刺激。ASMA 提供了一种低成本的替代方案,可以扩展类似 SMA 材料行为的设计空间,以包括更大规模(例如,抗震设备)或成本更低的应用(例如,医疗植入物)。

BIOGRAPHY:张雲岚,德克萨斯大学奥斯汀分校土木、建筑和环境工程系的助理教授。在加入 德克萨斯大学 之前,她是牛津大学工程科学系的博士后研究员。她于 2019 年在普渡大学获得土木工程博士学位和硕士学位,并于 2012 年在俄亥俄州立大学获得土木工程学士学位。她的研究兴趣包括建筑材料、可展开结构和仿生设计。她希望结合自己在结构和材料方面的知识来创造先进的结构,其应用范围从微观医疗设备到宏观基础设施。



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