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本项目为具有负刚度效应的新型吸能多孔超材料,通过结构设计将“轻质高强材料”和“可重用性材料”两种材料结合在了一起,使其既具有传统材料的吸能能力又可高次重复使用。产品可应用于军工精密仪器的减振隔振保护以及民用设备的冲击吸能器和隔振器等关键部件,与行业现有产品相比,该项目具有突出的技术优势和广阔的市场前景。 目前市场上几乎所有可用于能量吸收的可重用材料强度刚度都非常低,这意味着吸收相同多的能量,需要的质量和体积比常规吸能材料(如金属泡沫,六边形蜂窝等)大很多,这几乎完全限制了材料在吸能方面的应用潜力。而常规吸能材料(如金属泡沫,六边形蜂窝等)虽具有优异的吸能特性,但其往往不可重复利用,这极大地造成了材料的浪费,不符合持续发展的理念。所以本项目设计制备了一种具有负刚度效应的新型吸能多孔超材料,即通过结构设计将“轻质高强材料”和“可重用性材料”两种材料的优势相结合,使其同时具备了吸能能力与高次重复使用两方面优势。与现有弹簧类材料相比,技术优势明显,是一种理想的可用于能量吸收的可重用材料。 股权融资:该项目本次为天使轮融资,融资金额为300万元,股权比例待与投资者商议后确定。 项目拟结合债权或股权融资等合作方式,团队将基于核心技术积累、相关生产制造设备以及自有资金等与投资方合作投资,共同进行产业化推广。募集资金主要用于生产设备和检测设备的搭建、原材料采购、营销团队组建等方面。
该项目团队围绕3位核心技术人员组建,所有成员均具有材料力学、弹性力学功底,熟练使用ABAQUS等有限元软件,从事负刚度结构相关研究超过两年,可以胜任理论表征与评价工作。基于本项目研发进展,已在国内外学术期刊和会议上发表了多篇相关学术论文,另有多篇学术论文正在评审中。 项目总负责人:郭帅,哈尔滨工业大学航天学院力学专业博士研究生,从事负刚度结构相关研究工作多年; 技术负责人:陈帅,哈尔滨工业大学航天学院力学专业博士研究生; 财务负责人:连续,哈尔滨工业大学航天学院力学专业博士研究生。
项目团队考虑到“轻质高强材料”和“可重用性材料”两种材料在设计理念上的天然矛盾性,并受到复合材料和负刚度结构设计理念的启发,提出了一种可高次重用的轻质高强材料:一种具有负刚度效应的新型吸能多孔超材料。所述材料的“负刚度特性”来源于双稳态梁,梁形成双稳态的机制主要是由于在梁的屈曲过程中会发生形状转变,这样就可以形成一种类似自锁的现象,从而将一部分变形能储存在结构中。该项目产品由于结构的巧妙设计,使其具备某些特殊的性质或功能(如负刚度效应、多稳态效应、可重复特性等),其在冲击吸能、振动控制、形态转换超材料等方面有较为广泛的应用。 项目团队目前已从理论上完全解决负刚度多孔超材料的设计和仿真,并在技术上验证可行性,已在实验阶段和实际应用阶段验证该产品的可靠性。未来将逐步完善产品质量,优化设计和结构,对接厂家,完成相关零部件和材料的批量化生产制造。
目前民品市场可用于能量吸收的可重用材料强度、刚度都非常低,这意味着吸收相同多的能量,需要的质量和体积比常规吸能材料(如金属泡沫,六边形蜂窝等)大很多,这几乎完全限制了材料在吸能方面的应用潜力。而在重型机械领域,常规吸能材料(如金属泡沫,六边形蜂窝等)虽具有优异的吸能特性,但其往往不可重复利用,这极大地造成了材料的浪费,不符合持续发展的理念。在全世界隔震减震的吸能材料中具有负刚度性能的材料构件微乎其微,可重用吸能减震材料依然由传统弹簧结构材料占据。 本项目产品具有可重用性,即结构在承受冲击载荷(或其他原因发生大变形)后可自我恢复或者通过简单方法(如反向加载)恢复形变。采用特定的设计参数,可以实现:(1)变形过程中结构发生宏观大变形(理论上接近50%)而同时将结构内部主要微应变被控制在很小的范围内(可小于1%),从而使得结构可以承受很大变形而不损坏;(2)材料的刚度和强度可以处于很高水平(相同密度下高于六边形蜂窝吸能材料,相同体积下高于传统的负刚度蜂窝材料);(3)存在负刚度现象,且可按参数调控出现“跳变现象”。基于该材料的特点和优势,该材料被期待用于低频阻尼器、冲击吸能器、隔振器等方面,并实现集承载能力与缓冲能力一体,且特别是对于某些特殊环境(如太空),可重用性意味着材料的运输成本大幅降低。 由上图可知:2022年此类传统车用减震器市场规模约为0.14亿元,但其仅占广义吸能减震材料全部市场的0.2%,因此,该项目所涉及的新型吸能多孔超材料的市场规模约为70亿元。伴随下游市场对吸能材料要求的越来越高,对该方面的技术和成品的需求度也越来越大,产品的市场需求量与客户的期待度将逐渐提高。
该项目产品有望完全替代市场上最为多见的吸能材料(金属泡沫等),成为市场上广泛应用的吸能材料。产品研发阶段采用技术较为成熟的3D打印技术进行制备,量产阶段采用成本较低的模具注塑法进行制备,其量产规模短期内可以满足市场需求。预计2024年完成融资后,实现产品的批量生产和制造,高质量完成客户订单,增强客户信任度,预计实现销售收入117万元,提供40个就业岗位;2025年完成技术升级和改造,提升产品性能和客户满意度,持续占领该领域技术高地,预计实现销售收入364万元,提供70个就业岗位;2026年开拓市场,积极推动产品在航天、重型机械等领域的应用,预计实现销售收入677万元,提供90个就业岗位。具体未来三年财务预测如下表所示(单位:万元):