具有粘性的皱褶物质对冲击和能量的吸收作用

《Advanced Engineering Materials》：Impact and Energy Absorption with Sticky Crumpled Matter

2D材料受限时形成脆褶结构，兼具高刚性与空气填充特性，在汽车吸能领域有重要应用。本研究通过实验与分子动力学模拟发现，PDMS脆褶材料在冲击中表现出最大塑性形变，其动能转化率达92.7%，冲击峰值力较原始平板降低68%，且通过褶皱密度调控可优化吸能效率。|脆褶材料|冲击吸能|PDMS|峰值力降低

　　

摘要

当一张二维薄片被限制在较小的空间内时，它会转变为一种复杂且无序的结构。这种皱褶状态所表现出的机械性能与原始薄片有着显著的不同，尽管其主要成分是空气，但仍表现出较高的刚性。因此，皱褶材料在吸收冲击方面非常有效，这一点从它们被应用于汽车的安全缓冲区中可以看出来。本文通过力测量和高速摄影技术研究了粘性皱褶物质（聚二甲基硅氧烷（PDMS）的皱褶片）的冲击响应，并将其结果与几种对照组进行了比较。此外，还进行了粗粒化分子动力学模拟，以进一步探讨不同皱褶密度下皱褶材料的冲击行为。研究结果表明，粘性皱褶片表现出最大的塑性碰撞特性（即与其他几何形状相比，它们具有更大的动量变化和能量耗散）。非粘性固体PDMS则表现出最大的弹性响应。重要的是，皱褶材料在冲击过程中产生的峰值力最低，这凸显了它们在减少传递力方面的有效性。轻质结构与高效能量吸收的结合使得粘性皱褶材料成为减轻冲击的理想选择。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。