航空航天特殊環(huán)境、交通事故及體育運(yùn)動(dòng)中，人體面臨復(fù)雜的動(dòng)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(jìn)化形成獨(dú)特防護(hù)性能，對(duì)于研究損傷與防護(hù)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(tuán)隊(duì)對(duì)核桃殼的輕質(zhì)增強(qiáng)增韌機(jī)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(tuán)隊(duì)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(duì)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(dú)特的分心木結(jié)構(gòu)對(duì)整體剛度具有增強(qiáng)作用，可抵抗外力導(dǎo)致的大變形、避免開裂進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)果仁的保護(hù)。同時(shí)，核桃殼力學(xué)性能和孔隙率呈現(xiàn)獨(dú)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，S形梯度分布增強(qiáng)了殼體緩沖能力、降低了峰值載荷。而外殼體單細(xì)胞壁為內(nèi)凹多胞狀，具備拉脹特性，細(xì)胞壁上的紋孔結(jié)構(gòu)可使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)，增加了細(xì)胞壁在變形和斷裂過程中的能量消耗，實(shí)現(xiàn)了微觀尺度上的增強(qiáng)增韌。該研究成果對(duì)于人體損傷、防護(hù)機(jī)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(diǎn)和立場(chǎng)，僅供參考。