Shibo Zou, Daniel Therriault et Frederick Gosselin
Article de revue (2020)
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Abstract
Transparent materials with high impact absorption are required for many safety-critical engineering systems. Existing transparent tough composites have increased impact resistance but often fail catastrophically because of poor impact absorption. We propose a transparent impact-absorbing composite that reproduces the toughening mechanism involving sacrificial bonds and hidden lengths in spider silk. Our material consists of an elastomer matrix and an instability-assisted, 3D-printed, bidirectional fabric of microstructured fibers with sacrificial bonds and alternating loops. Under impact, the hidden loops unfold after bond breaking and matrix cracking, resisting impactor penetration with graceful failure. The large-scale plastic deformation of the unfolding loops significantly increases energy dissipation and leads to hysteresis of 95.6% (dissipated energy/total absorbed energy × 100%), minimizing the released elastic energy and reducing the rebounding damage. Our approach opens a new avenue for designing and manufacturing transparent high-energy-absorbing composites for impact protection applications.
Mots clés
3D printing, instability, transparent composite, sacrificial bonds, energy dissipation
Sujet(s): |
1700 Conception et fabrication > 1702 Méthodes de fabrication avancées 2000 Science et technologie des matériaux > 2001 Structure, propriétés et essais des matériaux 2100 Génie mécanique > 2100 Génie mécanique |
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Département: | Département de génie mécanique |
Centre de recherche: |
CREPEC - Centre de recherche sur les systèmes polymères et composites à haute performance LM2 - Laboratoire de Mécanique Multi-échelles |
Organismes subventionnaires: | CRSNG/NSERC, Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT), Canadian Foundation for Innovation |
Numéro de subvention: | 175791953, 63014 |
URL de PolyPublie: | https://publications.polymtl.ca/9279/ |
Titre de la revue: | Cell Reports Physical Science (vol. 1, no 11) |
Maison d'édition: | Elsevier |
DOI: | 10.1016/j.xcrp.2020.100240 |
URL officielle: | https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100240 |
Date du dépôt: | 09 sept. 2022 15:20 |
Dernière modification: | 17 nov. 2024 20:41 |
Citer en APA 7: | Zou, S., Therriault, D., & Gosselin, F. (2020). Spiderweb-inspired, transparent, impact-absorbing composite. Cell Reports Physical Science, 1(11), 100240 (17 pages). https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100240 |
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