主要内容：主要内容：20世纪80年代，生物自然复合材料及其仿生的研究在国际上引起极大重视，并取得一系列的研究成果。尤其以下为代表：20世纪80年代，生物自然复合材料及其仿生的研究在国际上引起极大重视，并取得一系列的研究成果。尤其以下为代表：8.2复合材料的仿生设计和制备8.2复合材料的仿生设计和制备4分类结构仿生功能仿生材料仿生力学仿生通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中一部分的机械装置，通过结构相似实现功能相近。是使人造的机械能够部分地实现诸如思维、感知、运动和操作等高级动物功能的仿生技术。功能仿生必须以结构仿生为基础，在智能机器人的研究中具有重大意义。5分类结构仿生功能仿生材料仿生力学仿生指模拟生物的各种特点或特性而进行各种材料开发的仿生技术。它的研究内容以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标，用生物材料的观点来考虑材料的设计与制作。主要研究人体结构与精细结构的静力学性质，以及人体各个组成部分在体内相对运动和人体运动的动力学性质，从生物力学角度为疾病的预防、诊断和治疗及人工器官、医疗康复器械的设计与研制提供科学根据。8.2.1复合材料的仿生设计8.2.1复合材料的仿生设计复合材料最差界面的仿生设计分形树状纤维和晶须的增强与增韧效应仿生螺旋的增韧作用仿生愈合与自愈合抗氧化仿生叠层复合材料的研究复合材料最差界面的仿生设计分形树状纤维和晶须的增强与增韧效应仿生螺旋的增韧作用仿生愈合与自愈合抗氧化仿生叠层复合材料的研究www.btbu.edu.cn8.2.1.1复合材料最差界面的仿生设计•复合材料的界面强结合可以实现力的理想传递，从而提高材料强度，但降低韧性。弱结合与之相反。最佳界面结合状态不稳定，在载荷作用下会偏离最佳点而变坏。仿生界面设计采用仿骨的哑铃型增强体和仿树根的分形树型增强体，通过基体和增大了的端头之间的压缩传递应力而对界面状态不提出特殊的要求。应力传递对界面状态不敏感，即使界面设计很差，也能满足要求而得到优良的性能。8.2.1.2分形树状纤维和晶须的增强与增韧效应•分形树结构纤维模型模仿的是土壤中的草根和树根•实验研究：纤维拔出的力和能量随分叉角变大而增高。8.2.1.3仿生螺旋的增韧作用•竹材表层的高强和高韧主要是由于竹纤维优越性能所致。•结构特点：空心柱、纤维螺旋分布、多层结构•结构优点：层间夹角避免物理几何的突变，改善相邻层间结合；增加外层厚度，降低少量正向刚度，切向刚度大幅度提高。•实验证实：将玻纤采用不同夹角进行分层非对称缠绕，并以环氧树脂黏结制样，进行压缩实验，强度降低38%，压缩变形增加200%以上。8.2.1.4仿生愈合与自愈合抗氧化•生物体损伤自愈合•材料的仿生自愈：材料得自然损伤-在空气中的氧化，某些材料通过氧化后形成致密的氧化物保护膜•陶瓷/碳复合材料的自愈合抗氧化–多层涂层、梯度涂层虽然可以做到消除热应力引起的裂纹，但涂层受到外力损伤，容易失去抗氧化的功能。–陶瓷/碳复合材料处于高温氧化性环境，表面首先碳化，形成陶瓷颗粒组成的脱碳层。–脱碳层的陶瓷颗粒氧化增大体积或熔融浸润整个材料表面，氧气的扩散系数降低。8.2.1.5仿生叠层复合材料研究•天然复合材料很好的强度和韧性与其特殊的微观结构关系密切。•叠层结构是许多材料高断裂韧性的根源。•叠层结构在断裂过程中的变化：a对裂纹的断裂起到偏转作用b裂纹的频繁偏转延长了裂纹的扩展路径c导致裂纹从应力状态有利方向转为不利方向d有机质发生塑性变形，降低裂纹尖端的应力强度因子，增大了裂纹的扩展阻力。北京工商材料科学与工程学院www.btbu.edu.cn8.2.2复合材料的仿生设计方法分类8.2.2复合材料的仿生设计方法分类8.2.2.1界面宏观拟态仿生设计复合材料界面的作用：是增强物和基体连接的桥梁，同时也是应力及其它信息的传递者，界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能。生物材料体现出优良的载荷传递能力。纤维端部形成哑铃状的膨胀端来模仿动物骨的构造，如哑铃状的碳化硅晶须，延展性明显提高。分形结构的碳纤维增强环氧树脂，强度和韧性比普通纤维高50%。仿双螺旋韧皮纤维增强复合材料拟态8.2.2.2.分子尺度的化...
