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淡水河蚌铰链中可变形硬组织耐疲劳机理
材料人客服小谭     2023-06-23 微信扫码分享 登录后可收藏  
应用场景:
耐疲劳结构材料
关键性能:
提出了一种多尺度结构设计与成分固有特性相结合的耐疲劳设计新策略
产品介绍:

双壳纲动物褶纹冠蚌(Cristaria plicata)又称鸡冠蚌,是一种常见的淡水蚌类。为了满足生存需求(滤食、运动等),其外壳在一生中需要进行数十万次的开合运动,而连接两片外壳的铰链部位也会经历反复的受压和变形,表现出优异的耐疲劳性能。中国科学技术大学俞书宏院士,吴恒安教授和茅瓅波副研究员(通讯作者)以双壳类褶纹冠蚌的铰链为研究基础,表明褶纹冠蚌的铰链可以承受大约1500000次典型的载荷循环(相当于每分钟一个循环持续近3年),而不会受到疲劳损伤,揭示了这种抗疲劳性的工作原理。研究表明,铰链作为一个厚实的半圆形拱形,其内部部分形成“折叠扇区”和沿其外围边缘的弹性“外韧带”。在每一端,拱门都连接到从其中一个阀门延伸的刚性基础。当贻贝的肌肉收缩和瓣膜关闭时,足弓的基础会旋转。当基础旋转时,拱形折叠扇区域保持其径向尺寸,但圆周变形,内边缘压缩,外边缘扩展。这会拉伸外韧带并允许它充当弹簧,储存弹性能量,在肌肉放松时将铰链恢复到初始配置。因此,外韧带的能量存储要求折叠风扇区域在圆周上变形,但在径向上保持形状,并且这两个特征都必须具有抗疲劳性。相关研究成果以“Deformable hard tissue with high fatigue resistance in the hinge of bivalve Cristaria plicata”为题发表在Science上。


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