我國科學(xué)家在損傷與防護生物力學(xué)領(lǐng)域取得新進展

日期： 2023年08月22日　09:27 來源：科技部生物中心  　　

航空航天特殊環(huán)境、交通事故及體育運動中，人體面臨復(fù)雜的動態(tài)載荷，且其致傷率和致死率非常高。而自然界中核桃等經(jīng)過長期進化形成獨特防護性能，對于研究損傷與防護生物力學(xué)領(lǐng)域具有重要的意義。　　

近期，北京航空航天大學(xué)研究團隊對核桃殼的輕質(zhì)增強增韌機制開展生物力學(xué)研究，并將研究結(jié)果“Fracture resistance biomechanisms of walnut shell with high-strength and toughening”發(fā)表在《Advanced Science》期刊上�！　�

研究團隊揭示了核桃質(zhì)心及形心、內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)及殼體材料微結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性能分布特征，首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)心與形心不對稱分布造成碰撞后旋轉(zhuǎn)耗能，降低了回彈高度和沖擊力峰值。研究發(fā)現(xiàn)，核桃內(nèi)部獨特的分心木結(jié)構(gòu)對整體剛度具有增強作用，可抵抗外力導(dǎo)致的大變形、避免開裂進而實現(xiàn)對果仁的保護。同時，核桃殼力學(xué)性能和孔隙率呈現(xiàn)獨特的S形梯度分布，根據(jù)力學(xué)理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬以及實驗驗證發(fā)現(xiàn)，S形梯度分布增強了殼體緩沖能力、降低了峰值載荷。而外殼體單細胞壁為內(nèi)凹多胞狀，具備拉脹特性，細胞壁上的紋孔結(jié)構(gòu)可使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)，增加了細胞壁在變形和斷裂過程中的能量消耗，實現(xiàn)了微觀尺度上的增強增韌。該研究成果對于人體損傷、防護機制研究具有重要意義�！　�

注：此研究成果摘自《Advanced Science》，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點和立場，僅供參考。