客戶文獻 | 基于絲瓜海綿仿生結構的微納米CT成像分析與緩沖性能研究

來源：奧影檢測科技（上海）有限公司 2025年01月08日 15:21

湖南工業(yè)大學研究團隊在國際期刊《Applied Sciences》上發(fā)表了一項重要研究成果。該研究通過微焦點CT成像系統(tǒng)深入檢測了絲瓜絡海綿的內部仿生結構，并系統(tǒng)研究了其緩沖性能。這項研究的作者為謝勇老師。

研究摘要

絲瓜絡海綿具有出色的緩沖性能。本文提出了一種受絲瓜絡海綿啟發(fā)的仿生結構。該仿生結構的幾何形狀基于分形理論，通過 Python 編程語言構建，并由 3D 打印機制備而成。

隨后進行了一系列準靜態(tài)壓縮測試和有限元分析，以確定緩沖性能。采用優(yōu)化設計確定設計參數(shù)。結果表明，長度（a）對比吸能的影響比角度（θ）更為重要。

發(fā)現(xiàn)參數(shù)為長度小于4mm且角度約為 11°。絲瓜絡海綿的仿生結構可能為天然多孔材料提供一個新穎的視角。研究結果展示了設計分層多孔結構的巨大潛力以及在緩沖和能量吸收領域的廣闊應用前景。

仿生材料取樣研究方法

絲瓜絡海綿的結構

(a) 天然絲瓜絡；
(b) 絲瓜絡海綿的四個主要部分：O（外層）、M（中層）、I（內層）和C（核心層）；
(c) 絲瓜絡海綿的三個主要方向。

仿生研究的流程圖

CT表征結果

絲瓜絡海綿的微計算機斷層掃描（micro-CT）圖像

(a) 絲瓜絡海綿的橫截面；
(b) 絲瓜絡海綿的三個高密度區(qū)域；
(c) 天然絲瓜絡的橫截面；
(d) 絲瓜絡海綿的縱截面；
(e) I層的紋理；
(f) 簡化結構。

(a) 四種絲瓜絡海綿的分形維數(shù)；
(b) 來自絲瓜絡海綿層（I層）的試樣。

*在這里，“分形維數(shù)”是一個描述物體復雜程度或不規(guī)則程度的數(shù)學量。在材料科學中，分形維數(shù)常被用來表征多孔材料的孔隙結構復雜度。絲瓜絡海綿作為一種多孔材料，其分形維數(shù)能夠反映其內部孔隙結構的復雜性和不規(guī)則性?！敖z瓜絡海綿”是一種由絲瓜纖維構成的多孔材料，常用于清潔、過濾和吸音等領域。在這里，“I層”可能指的是絲瓜絡海綿中的某一特定層或區(qū)域，用于取樣進行進一步的分析或測試。

研究結論

仿生結構的比能量吸收值已接近絲瓜海綿，但比強度仍有提升空間。本研究基于準靜態(tài)壓縮，動力學速度效應需進一步研究。TPU材料因其加工簡便和彈性好被選用，但高密度限制了其力學性能。材料橫向比較是下一階段研究重點。仿生結構雖受樹結構啟發(fā)，但在緩沖和包裝設計中應用少。基于絲瓜海綿的運輸托盤概念是仿生結構的應用實例。微焦點CT在仿生結構研究中至關重要，有助于精確分析和優(yōu)化結構性能。

原始文獻：

Yong Xie, Hailong Bai , Zhenghao Liu and Nanning Chen. “A Novel Bionic Structure Inspired by Luffa Sponge and Its Cushion Properties” [J]Appl. Sci. 2020, 10, 2584; doi:10.3390/app10072584

論文應用設備

本研究中所使用的Mirco CT設備是由奧影研發(fā)生產的高精度微納米CT成像系統(tǒng)——AX-2000CT，該系統(tǒng)專為高等教育和科研實驗環(huán)境設計，掃描精度高、速度快、應用范圍廣泛等特點。同時，它還支持升級原位加載掃描、光學放大物鏡耦合探測器成像等多種靈活配置，進一步豐富應用場景，為材料研發(fā)、3D打印、電子元件制造、地礦分析等領域，提供高效的無損數(shù)字成像技術支持。

奧影檢測科技（上海）有限公司是一家專注于研發(fā)、生產和銷售X射線工業(yè)CT產品的。公司總部位于上海，工廠位于寧波。奧影始終堅持精益求精的品質和專業(yè)技術創(chuàng)新，致力于為客戶提供的工業(yè)CT系統(tǒng)解決方案。

作為行業(yè)的，奧影可提供全系列的工業(yè)CT類型產品。包括微焦點工業(yè)CT 、計量型高精度工業(yè)CT 、大型雙源雙探CT、高能加速器CT 、納米CT、在線式CT、原位加載CT、快速平板CT等，可廣泛應用于制造業(yè)、航空航天、汽車、電子、醫(yī)療、新能源、科研等行業(yè)領域。無論是無損檢測、材料分析、質量控制還是產品設計，奧影工業(yè)CT產品都能滿足客戶的需求。

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