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螳螂虾鞍的生物力学设计:一种用于快速猛禽攻击的生物惯性弹簧

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螳螂虾鞍的生物力学设计:一种用于快速猛禽攻击的生物惯性弹簧

发布日期:2018-11-08 作者:xy 点击:

口足类动物苏州弹簧厂太仓弹簧厂用它们强壮的“指爪”发起了动物王国中最快的进犯之一。“这种运动学功能是经过功率放大设备实现的,弹功能量存储在鞍形矿化双层结构中。苏州弹簧厂,太仓弹簧厂咱们将一套归纳的微机械丈量与有限元建模(FEM)相结合,定量地说明鞍状生物力学规划。动态纳米标准试验标明,高矿化层的粘弹性耗散最小,而微型悬臂梁的微弯曲试验则突出了双层安置在优化弹功能量存储中的要害效果。有限元分析结果标明,苏州弹簧厂,太仓弹簧厂马鞍形状能够避免应力会集苏州弹簧厂,太仓弹簧厂,在加载过程中应力保持在弹性范围内,中性外表与双层界面重合,避免界面分层。该研讨提醒了马鞍的多标准规划背面的耐人寻味的才能,贮存高密度的弹功能量运用刚性但本质上脆的资料苏州弹簧厂,太仓弹簧厂


在许多生物体系中,快速运动学运动是要害的进化特征,尤其是用于逃跑或捕食战略。从小昆虫,如跳颚蚂蚁迅苏州弹簧厂,太仓弹簧厂速关闭它的下颚推动身体(Patek等人,2006年
),到鳄鱼嘴强有力的进犯(埃里克森等人,2014年
),以捕捉昆虫的捕蝇器机制(Forterre et al., 2005)
),苏州弹簧厂,太仓弹簧厂大自然现已进化出各种超快运动。近年来备受关注的一个突出比如是口足类动物(一般称为螳螂虾)dactyl沙龙(Patek et al., 2004)的强力进犯爱尚彩票平台苏州弹簧厂,太仓弹簧厂
(图1)口足类动物是侵略性的甲壳类动物,它们将它们的二指肢棒作为超快的锤状兵器,以高达每秒23米的速度进犯猎物(Patek et al., 2004)
),对软硬体发生高负荷冲击力苏州弹簧厂,太仓弹簧厂。
图1孔雀螳螂虾的鞍状结构
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仅靠肌肉不足以苏州弹簧厂,太仓弹簧厂供给冲击过程中所需的输入能量。因而,口足动物进化出了一种鞍形绷簧,作为功率放大体系(deVries et al., 2012)
帕特克和考德威尔,2005年

苏州弹簧厂,太仓弹簧厂 , Patek等人,2007年
)(图1A及1B)输入的能量来自于肌肉和结缔组织,苏州弹簧厂,太仓弹簧厂这些肌肉和结缔组织以一种准静态机制缓慢而弹性地加苏州弹簧厂,太仓弹簧厂载鞍形绷簧(准静态机制),弹性贮存能量的释放在冲击过程中为dactyl沙龙供给加快和动力(图1C) (Patek et al., 2007)
)。抱负的绷簧应该是刚性和可扩展的,以最大极限地存储弹功能量,但这带来了固有的资料约束,由于从开裂力学的视点来看苏州弹簧厂,太仓弹簧厂,这些特性一般是彼此排斥的(Ritchie, 2011)
草坪上,1993
)。在最近的一项研讨中,咱们发现,为了战胜这一约束,口足类动物现已在中标准进步化出了它苏州弹簧厂,太仓弹簧厂们的鞍状结构,它是由微标准上的多相生物复合资料构成的,每一层中有机/无机份额都得到了优化(图1D和1E)。外层在加载过程中遭到压应力,是高度矿化的,而内层是继续拉伸应力,苏州弹簧厂,太仓弹簧厂含有较高的生物多晶硅相(Tadayon et al., 2015)
)。咱们假定这种规划答应弹功能量的最佳存储,一起避免脆性破坏。实际上,受拉伸应力效果的层首要由抗张拉生物聚合苏州弹簧厂,太仓弹簧厂物组成,而强矿化层首要受压应力效果,因而原则上避免过早开裂,由于矿藏(包含生物矿藏)在紧缩时的脆性要小得多(Meyers et al。, 2006)
)。


但是,对鞍座力学规划的定量分析还很缺少,空间相位散布和双层结构如何在连续介质水平上转化苏州弹簧厂,太仓弹簧厂为宏观呼应还不清楚。此外,还有待于树立双层结构以最小的粘弹性耗散来最大极限地贮存弹功能量的试验定论。在这项研讨中,咱们企图从试验和数值上答复这些基本问题。咱们规划了特定的微、纳米力学试验,提取各层的弹塑性特性和粘弹性耗散,生物多晶硅相的拉伸苏州弹簧厂,太仓弹簧厂曲线,以及其弯曲呼应

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