具有非平面块体的板状拓扑互锁结构性能增强的关键

拓扑互锁结构是由互锁块体组成的装配体，仅通过接触保持在一起。此类结构已被证明具有高强度、能量耗散和裂纹止裂特性。近期关于拓扑互锁结构的研究表明，峰值强度与失效功均随摩擦系数的增大而饱和。然而，这种饱和的结构响应仅能在非物理的高摩擦系数值下实现。对于梁状拓扑互锁结构，非平面块体提供了一种替代方法，可在常用材料的摩擦特性下达到类似的结构响应。目前尚不清楚非平面块体对板状装配体是否有类似效果，以及可达成何种结构特性。本文考虑板状拓扑互锁结构，并通过数值模拟表明，具有波状表面的非平面块体可在现实摩擦系数下使结构达到饱和响应能力。我们进一步证明，非平面形态导致失效功随峰值强度呈非线性缩放，并显著改善失效功与极限挠度——这些是平面块体无法达到的数值。最后，我们表明，导致波状表面非平面块体性能增强的关键形态参数是受载块体铰接点处的局部倾角。这些发现为具有非平面块体的拓扑互锁结构提供了新见解，有助于更好地理解其强度与能量吸收能力。