Reusable Energy‐Absorbing Architected Materials Harnessing Snapping‐Back Buckling of Wide Hyperelastic Columns

超弹性材料 材料科学 消散 屈曲 复合材料 堆积 工作(物理) 材料性能 图层(电子) 机械工程 结构工程 有限元法 物理 核磁共振 工程类 热力学
作者
Yuzhen Chen,Lihua Jin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (31) 被引量:58
标识
DOI:10.1002/adfm.202102113
摘要

Abstract A new class of reusable energy‐absorbing architected material is developed by harnessing the snapping‐back buckling of wide hyperelastic columns. Subjected to an axial compression, a wide hyperelastic column can discontinuously buckle, snapping from one stable equilibrium state to another, leading to energy dissipation, while upon unloading, it can completely recover its undeformed state. Making use of this property, an energy‐absorbing architected material is designed by stacking layers of wide hyperelastic columns, and it is fabricated by multi‐material 3D printing and sacrificial molding. Characterized by quasi‐static and drop tests, the material shows the capability of energy dissipation and impact force mitigation in a reusable, self‐recoverable, and rate‐independent manner. A theory is established to predict the energy‐absorbing performance of the material and the influence of the column geometry and layer number. Wide tunability of the peak force, energy dissipation, and stability of the material is further demonstrated. This work provides new design strategies for developing reusable energy‐absorbing materials and opens new opportunities for improving their energy dissipation capacities.
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