一种多功能仿生结构的设计方法

本发明涉及航空航天高性能结构，具体涉及一种多功能仿生结构的设计方法。

背景技术：

1、生物结构由于其独特的力学特性常常可以为高性能结构的设计提供灵感。比如自然界中，贝壳珍珠层具有优异的抗冲击性能，这是由其多层叠加结构所决定的，因此演化出了仿贝壳珍珠层结构，由于仿贝壳珍珠层结构的每一层都能够吸收并分散外界冲击能量，由于其独特的结构优势，使其在航空航天及军工领域具有广泛的应用前景。

2、在传统的对于仿贝壳珍珠层结构的设计和研究中，往往只关注结构的抗冲击特性，难以同时满足航空航天和军工领域对抗冲击和隔热性能的需求。抗冲击性能需要结构材料具有较高的韧性和强度，而隔热性能则要求材料具备较好的绝热性能。目前的仿生抗冲击结构中仅仅只能实现抗冲击功能，而对于抗冲击和隔热多功能的实现还存在一定难度。针对上述问题，本发明提供了一种多功能仿生结构的设计方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多功能仿生结构的设计方法，旨在设计并制备一种兼具抗冲击和隔热功能的仿生结构。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多功能仿生结构的设计方法，包括以下步骤：

3、(1)使用三维建模软件构建抗冲击-隔热仿生结构模型；

4、(2)采用3d打印技术打印抗冲击仿生结构框架；

5、(3)使用溶胶-凝胶制备法在框架中填充气凝胶，浸渍、固化、干燥后得到多功能仿生结构。

6、优选的，所述步骤(1)的具体操作为：基于贝壳珍珠层微观结构，使用三维建模软件建立由相同尺寸的长方形结构排列而成的抗冲击-隔热仿生结构模型，并保存为stl文件。

7、优选的，所述步骤(2)的具体操作为：采用3d打印技术，导入stl文件，使用316l不锈钢材料打印抗冲击仿生结构框架。

8、优选的，所述316l不锈钢材料的导热系数为16.2w/(m·k)，其导热系数较低且强度较高。

9、优选的，所述步骤(3)中填充的气凝胶为酚醛气凝胶。

10、优选的，所述步骤(3)的具体操作为：将b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为均匀溶液并转移至铝箔容器中，然后将仿生结构框架放入容器中浸渍，而后置于烘箱中反应使树脂固化，固化完成后取出容器并冷却至室温，将样品取出，常温常压下干燥得多功能仿生结构。

11、优选的，所述b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为质量分数为30％的酚醛树脂溶液。

12、优选的，在150℃的烘箱中反应24h。

13、因此，本发明提供了一种多功能仿生结构的设计方法，制得了一种兼具抗冲击和隔热功能的仿生结构，解决了目前的仿生结构中只能实现抗冲击功能，而对于抗冲击和隔热多功能的实现还存在一定难度的问题。

14、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体操作为：基于贝壳珍珠层微观结构，使用三维建模软件建立由相同尺寸的长方形结构排列而成的抗冲击-隔热仿生结构模型，并保存为stl文件。

3.根据权利要求1所述的一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体操作为：采用3d打印技术，导入stl文件，使用316l不锈钢材料打印抗冲击仿生结构框架。

4.根据权利要求3所述的一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于：所述316l不锈钢材料的导热系数为16.2w/(m·k)，其导热系数较低且强度较高。

5.根据权利要求1所述的一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中填充的气凝胶为酚醛气凝胶。

6.根据权利要求1所述的一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体操作为：将b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为均匀溶液并转移至铝箔容器中，然后将仿生结构框架放入容器中浸渍，而后置于烘箱中反应使树脂固化，固化完成后取出容器并冷却至室温，将样品取出，常温常压下干燥得多功能仿生结构。

7.根据权利要求6所述的一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于：所述b80型酚醛树脂和无水乙醇混合为质量分数为30％的酚醛树脂溶液。

8.根据权利要求6所述的一种多功能仿生结构的设计方法，其特征在于：在150℃的烘箱中反应24h。

技术总结本发明公开了一种多功能仿生结构的设计方法，属于航空航天高性能结构技术领域。包括以下步骤：(1)使用三维建模软件构建抗冲击‑隔热仿生结构模型；(2)采用3D打印技术打印抗冲击仿生结构框架；(3)使用溶胶‑凝胶制备法在框架中填充气凝胶，浸渍、固化、干燥后得到多功能仿生结构。本发明提供的一种多功能仿生结构的设计方法，制得了一种兼具抗冲击和隔热功能的仿生结构，解决了目前的仿生结构中只能实现抗冲击功能，而对于抗冲击和隔热多功能的实现还存在一定难度的问题。技术研发人员：李玮洁,李营,郭立佳受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29