一种受折纸启发的高效蜂窝缓冲材料设计

当前的构型化蜂窝缓冲材料主要依赖其单元胞在冲击下的损伤和/或不可预测的坍塌来吸收和耗散能量。这阻碍了形状恢复并产生不期望的力波动，限制了可重用性并降低了能量吸收效率。在此，我们提出将先进制造技术与折纸原理相结合，创建一类新型的构型化蜂窝粘弹性缓冲材料，其将低重量和高能量吸收效率与抗损伤性和完全行为定制相结合。所提出材料中的每个单元胞受Kresling折纸拓扑启发，通过优雅地折叠构成单元胞的不同界面来产生轴向和旋转运动，从而吸收冲击能量。随后，大部分吸收的能量通过界面间的粘弹性和摩擦耗散。结果是一种近乎理想的缓冲材料，表现出高能量吸收效率（约70%）并结合高能量耗散（吸收能量的94%）。该材料还可调优以实现最佳性能，在连续冲击事件下依然可靠，并实现完全形状恢复。