經(jīng)過若干世紀的自然選擇進化,天然生物復(fù)合材料-龍蝦外甲殼具有了高的強度、剛度以及斷裂韌性等優(yōu)良力學(xué)性質(zhì)。龍蝦外甲殼優(yōu)良力學(xué)性質(zhì)與其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)密切相關(guān),對龍蝦外甲殼優(yōu)良力學(xué)性質(zhì)與其微結(jié)構(gòu)關(guān)系的深入研究,能夠為人造高性能復(fù)合材料的設(shè)計提供重要指導(dǎo)。本文通過宏細觀力學(xué)測試、掃描電鏡觀察、理論模型分析、有限元數(shù)值計算及仿生實驗相結(jié)合的方法,研究了龍蝦螯外甲殼微結(jié)構(gòu)與其力學(xué)行為之間的關(guān)系。本文的主要工作和取得的結(jié)論如下:（1）對龍蝦螯外甲殼試樣的力學(xué)性質(zhì)進行了測試。測試方法、內(nèi)容及取得的結(jié)果為:（1）通過拉伸實驗,測試了龍蝦螯外甲殼不同位置處試樣的力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果顯示龍蝦螯外甲殼中部的拉伸強度、極限應(yīng)變以及斷裂能大于其前部和后部的拉伸強度、極限應(yīng)變以及斷裂能。即龍蝦螯外甲殼具有與位置相關(guān)的非均勻力學(xué)性質(zhì)。（2）對龍蝦螯外甲殼飽水試樣和脫水試樣進行了拉伸實驗,結(jié)果顯示龍蝦螯外甲殼飽水試樣的拉伸強度、極限應(yīng)變以及斷裂能大于脫水試樣的拉伸強度、極限應(yīng)變以及斷裂能。即龍蝦螯外甲殼的力學(xué)性質(zhì)與含水量密切相關(guān)。（3）通過拉伸實驗,測試了龍蝦螯外甲殼縱向和橫向試樣的力學(xué)性質(zhì),結(jié)果顯示縱向試樣的彈性模量、拉伸強度... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

節(jié)肢動物的外甲殼結(jié)構(gòu)圖，包括上表皮層，外表皮層、內(nèi)表皮層和表皮層[18]

圖 1. 2 龍蝦外甲殼的多級結(jié)構(gòu)[23]氨基葡萄糖分子[24]，(II) α –幾丁質(zhì)的反平行鏈[24]，(III)幾丁質(zhì)-蛋白納米基質(zhì)中的幾丁質(zhì)蛋白纖維[26]，( V)包含孔洞的外甲殼[27]， (VI)螺旋[28](VII)外甲殼的三個結(jié)構(gòu)層[18,19]Fig.1.2 Hierarchical structure of cuticle of lobster[23]cetyl-glucosamine molecules[24], (II) Antiparallel chains of α-chitin[24], (IIrils[25], (IV) Chitin–protein fibers in mineral–protein matrix[26], (V) Cuticlin-plane cross-section[27], (VI) Twisted plywood structure,[28]and (VII) Thcuticle[18,19]2 可以看出，龍蝦外甲殼在最小尺度上的 N-乙酰氨基葡萄糖的聚合物鏈[24](II)，進而這些聚合物鏈，組成包覆蛋白質(zhì)的大約為 300 nm 的納米幾丁質(zhì)纖維[25,26,29](III)，這些納米幾白質(zhì)基體中(IV)，構(gòu)成與外甲殼表面平行、包含橢圓形孔洞7,30,31](V)。在此纖維層的每一個孔洞中，都有一根垂直于孔

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)性質(zhì)差異很大，其中干燥試樣的彈性模量在 5.8 GPa樣的彈性模量在 4.8 GPa 左右。龍蝦外甲殼試樣在干燥性材料的力學(xué)行為，與此相反，新鮮飽水狀態(tài)的龍蝦 時開始發(fā)生塑性變形，直到應(yīng)變達到 1.7 % - 1.8 %時才樣 0.7 %左右的斷裂應(yīng)變值，不難看出含水量對龍蝦外。Hepburn 等[43]和 Joffe 等[44]同樣在青蟹和對蝦的實驗45]也測得新鮮飽水的龍蝦外甲殼試樣的拉伸強度為 41.，而對于干燥脫水的龍蝦外甲殼試樣，拉伸強度和極限 2.83 %�？梢娦迈r飽水的龍蝦外甲殼試樣的力學(xué)性質(zhì)優(yōu)樣。


本文編號：2941428