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行业分析

美国麻省理工学院开发出轻质复合材料锁扣 小结构拼装大部件
来源:科技日报  2013-08-26 10:53:35
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=1008

  科技日报讯 据物理学家组织网8月15日报道,美国麻省理工学院(MIT)科学家开发出一种轻质的复合材料锁扣,能互相扣在一起形成复杂的结构,组装成大型承重结构。研究人员认为,这种新材料可能为飞机、航天器的组装带来变革,甚至能被用来构建更大的结构。相关论文发表在最近出版的《科学》杂志上。


 
研究人员将这种锁扣比作“锁子甲”,每片结构完全相同,为平面十字形,互相扣在一起形成一种八面体的立方点阵,就像钙钛矿的晶格结构。锁扣组装起来后极为坚固,强度相当于同等重量超轻材料的10倍。每个锁扣还可以拆下来,便于修复,或在不同的组合结构中循环使用。
 
MIT比特与原子中心主管尼尔·格森菲尔德介绍,这项设计结合了3个领域的研究:纤维复合材料、蜂窝材料(由多孔材料制造)和添加制造(如3D打印,其结构是通过逐层沉积形成而不是去除多余材料)
 
目前的复合材料,从网球拍到波音787飞机部件,每部分都是一个连续的单位。因此在制造大结构时,比如机翼,要有专门的大型工厂。格森菲尔德称,对于一架飞机的制造来说,在这种大尺度上用3D打印不太实际,他们研究的是一种离散的“数字”材料。“该材料能解决问题,它是组装而不是打印。”
 
在传统复合材料制造中,大部件之间的连接容易开裂,而新结构用许多小的复合纤维锁扣搭在一起,就像一种弹性固体,不会突然断裂且比传统结构更轻——因为压力通过“锁扣点阵”被分散传递到整个“建筑晶格”中。
 
在承载相同重量的负荷时,新结构所用的材料更少。减少了运输负担、建造和组装成本,同时大幅降低了燃料消耗,也能允许更大、更灵活的设计。论文合著者、博士后肯尼斯·张说,这一系统对“任何你需要移动或放在空中的东西”都非常实用。(记者常丽君)
 
总编辑圈点
 
当下,在机加工、建筑等很多领域,这种“乐高积木”式的单元结构都越来越常见。前阵子,国内某企业号称准备用几个月时间,以模块搭建方式“组装”世界第一高楼的新闻,就曾炒得沸沸扬扬。麻省新材料结构稳、承重大、重量轻、易组装,已然可以想见其前途无量。据说,该团队目前还在开发一种装配机器人,能像蜜蜂筑巢般在结构表面爬行,为它“添砖加瓦”。到那时,组装机翼、火箭,甚至更庞大的堤坝等将会一一现身。另外值得一提的是,未来人类建设太空基地,这类组装式的轻质材料或许是绝佳的选择之一。

 

文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=1008