仿生设计带来新型轻质晶格结构

纤细而坚韧的蝴蝶为科研人员提供了新的设计灵感。来自东北大学与武汉理工大学的合作团队，基于蝴蝶翅膀的结构特征，开发出一种新型轻质晶格材料，在保持低密度的同时显著提升了机械强度、抗冲击性和能量吸收能力。相关成果已发表在《国际机械科学杂志》上。

源于蝴蝶翅膀静脉的结构拓扑

蝴蝶翅膀静脉的几何分布有助于均匀分散应力。受此启发，研究人员提出了一种“蝴蝶形体心立方”晶格结构。与传统通过更换或改良基材来提升性能的做法不同，该研究重点在于通过改变结构拓扑来优化性能，展示了晶格几何形态在决定刚度、强度、变形模式和抗破坏能力方面的关键作用。

机械测试与模拟验证性能优势

通过机械实验和有限元数值模拟，团队发现这种新型晶格在准静态压缩和动态冲击载荷下均优于传统晶格结构。测试结果表明，新设计的晶格具有更高的弹性模量、更大的平台应力以及更出色的能量吸收能力。

X 形变形路径抑制灾难性破坏

在冲击载荷作用下，该晶格结构会沿类似蝴蝶展翅的 X 形路径发生变形，从而有效重新分配内部应力。这一变形机制能够抑制局部塌陷的发生，并延缓整体结构的灾难性失效。

东北大学的陈建峰指出：“这一结构机制尤为关键，因为大多数轻质晶格材料在遭遇局部屈曲或冲击载荷时往往难以保持完整。相比之下，我们的设计在应对突发机械载荷方面展现出更强的抵抗能力。”

面向防护结构与先进工程应用

研究结果为轻质防护结构、抗冲击超材料以及交通运输和航空航天领域的先进机械部件提供了新的设计思路。在地震韧性要求极高的日本，这类轻质高效的能量吸收结构概念，未来有望在防护工程系统中发挥重要的实用价值。