在分子和连续介质尺度上，仿生材料的结构-性能关系建模方面最近取得了进展

《Journal of the American Ceramic Society》：Recent advances in modeling structure–property relations in biomimetic materials at the molecular and continuum scales

生物仿生材料通过模拟自然界的进化设计，显著提升了结构强度、抗冲击和防裂性能，本文系统综述了纳米到宏观尺度下贝壳、羽状 club、蜘蛛丝和骨骼等生物材料的建模与仿真进展，重点解析了分子动力学和有限元方法在揭示高速载荷下变形机制和能量耗散规律的应用，并探讨人工智能加速新一代高性能生物仿生材料设计的前景。

　　

摘要

仿生材料借鉴了自然界中的进化设计，具有卓越的机械性能，彻底改变了结构韧性、抗冲击性和减缓断裂等领域的发展。本文全面概述了在关键仿生系统（包括珍珠母、螳螂臂、蜘蛛丝和骨骼）中，从分子尺度到连续介质尺度对结构-性能关系进行建模和仿真的最新进展。重点介绍了如何利用分子动力学模拟和有限元方法等计算工具将这些生物原型转化为合成材料，从而能够精确研究在高应变率条件下（如弹道冲击载荷情况）的变形、断裂和能量耗散机制。此外，本文还探讨了人工智能和机器学习在加速下一代具有优异机械性能的仿生材料的设计、优化和发现方面的巨大潜力。本文强调了这些进展在生物灵感与工程应用之间架起的桥梁，为高性能、多功能仿生材料的研究指明了方向。