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发布日期：2024-09-02 07:55 点击次数：74
螳螂虾(Odontodactylus scyllarus) 的袭击力是动物界最强的迪士尼彩乐园3总代，大致在不到 50 毫秒的时刻内施加约 1500 N 的力。这种超卓的冲击力需要一种特意的保护机制来驻扎自体态成的结构毁伤。先前的接头标明，正经这些袭击的从属物指节棒选用声子带隙机制来耗散能量并减弱高频应力波。但是，这一假定枯竭径直的实考据据。
鉴于此，好意思国西北大学H. D. Espinosa讲授与法国M. Abi Ghanem讲授旨在通过激光超声技巧和有限元模拟相皆集来瓦解螳螂虾指节棒的声子特色。分析重心关怀指节棒的周期性区域，该区域暴露出由以螺旋状陈设的几丁质纤维束构成的空间分级 Bouligand 结构。接头欺压标明，周期区域起着色散、高质料分级系统的作用，具有布洛赫谐波、超慢波形貌和较低兆赫鸿沟内的宽布拉格带隙。这些特色灵验地保护了螳螂虾免受撞击历程中产生的高频应力波的影响。关招引头后果以题为“Does the mantis shrimp pack a phononic shield?”发表在最新一期《Science》上。
【螳螂虾指节棒和描摹其声子活动的秩序】
螳螂虾的指节棒由三个不同的层构成（图1A-C）：（1）撞击名义——一层薄（~70µm）、硬（~60GPa）羟基磷灰石涂层，可通过粘塑性变形驻扎倒霉性失效。（2）撞击区域——由矿化几丁质纤维构成的东说念主字形结构层，旨在通过扩散开裂、裂纹扼制和偏转来耗散能量。（3）周期区域——具有分级间距和层间旋转角度的布氏结构层，调度应力波传播。作家选用激光超声技巧评估指节棒的声子活动。使用两种秩序接头了名义声波(SAW)传播：纳秒泵探伤激光超声(NLU)-用于MHz鸿沟的色散分析。皮秒泵探伤激光超声(PLU)-潜入了解单个几丁质纤维束隔壁较小波长的声子色散。图 1D 和 1E 辞别描摹了 NLU 和 PLU 秩序的暗示图，包括几丁质纤维的 Bouligand 陈设。这些技巧不错对螳螂虾指节棒的声子反应进行无损评估，从而大致对指节棒不同区域的波传播进行空间贯通表征。
图 1. Mantis Shrimp Club以及表征其语音活动的秩序
【螳螂虾指节的超声波声子散射】
图 2 讲明了dactyl 棒的声子色散特色。实际欺压败露，撞击区和周期区之间的声子散射存在显赫互异：撞击区 - 败露单个非散射 SAW 形貌，相速率约为 2380 米/秒。周期区 - 败露多个散射 SAW 形貌，相速率不同（约 3450 米/秒和约 1540 米/秒），辞别对应于名义掠过纵波 (SSL) 和瑞利 (R) 波。图 2B 败露了 TGS 和 PLU 探伤的区域。图 2C 败露了通过 TGS 取得的色散弧线，揭示了多种传播形貌。此外，周期区败露布洛赫谐波形貌，标明声子带隙形成。跟着布利根结构间距减小，带隙宽度增多，增强了周期区在高频应力波缓解中的作用。图 2D 和 2E 提供了几丁质纤维复合材料和纤维束的 SEM 图像。图 2F 败露了 PLU 实际的色散弧线，强调了声子带隙效应。
图 2. 超声波语音散播螳螂虾的Dactyl Club
【声子色散的有限元模拟】
广东队与浙江队的比赛，结果，广东队在末节比赛崩盘，以78-102输给了浙江队15分，如此一来，迪士尼彩乐园手机登录广东队继续刷新队史最糟糕的成绩，现在，广东队以12胜10的成绩，排在CBA积分榜第9名。这样的成绩，也是创造了广东队进入CBA联赛以来，最为糟糕的成绩。显然，现在的广东队已经失去了争冠的实力，他们正在为一张CBA季后赛的名额而努力。
目前，上海男篮战绩为10胜10负，排名积分榜第十二。
为了讲明注解实际不雅察欺压，作家进行了有限元模拟(FEM)。领先，作家的建模秩序是将Bouligand 结构近似为横向各向同性层的复合层压板。图 3A 描摹了模拟域和刚度矩阵变化。模拟欺压接洽了 SSL 和 R 波布洛赫谐波，并通过实际进行了考据（图3B）。图 3C 展示了来自 PLU 实际的其他模拟散射弧线，杰出败露了波相互作用。最终详情 R 波的声子带隙约为 25 MHz。分级 Bouligand 结构暴露出巨大的声子滤波智力。
图 3. 语音散播的有限元模拟
【螳螂虾的分级微结构在冲击衰减中的作用】
作家系统评估了螳螂虾的微结构对冲击缓解的妥当性。图 4A 玄虚了撞击规矩和关连的时刻范例。图 4B 展示了沿指节棒中轴的 Bouligand 螺距的空间调制，展示了结构的梯度。图 4C 讲明了微结构的弹性特色奈何反应几何调制而发生空间变化：指节棒的周期性区域起到声子屏蔽的作用，衰减 MHz 鸿沟内的剪切波。作家模拟了撞击条目下平面纵波和剪切波传播的有限元（FEA）模子。FEA 模子（图4D）败露，与单螺距结构比拟，分级 Bouligand 结构过滤了更宽鸿沟的剪切波。此外，作家还进行了单螺距和渐变螺距结构的透射光谱，欺压标明，66% 的剪切波能量在单螺距结构中被过滤，在分级结构中增多到 43%。这杰出了渐变微结构在减弱剪切波方面的突出波过滤服从。
图 4. 螳螂虾在撞击衰减等分级的微不雅结构的作用
【追想】
本文初度提供了螳螂虾指节中声子带隙的径直实考据据。主要发现包括：（1）布洛赫谐波和带隙-周期性区域暴露出与工程声子晶体相同的声子特色。（2）用于波衰减的渐变结构-功能渐变的Bouligand架构增强了宽带剪切波过滤。（3）生物撞击缓解-高频声子屏蔽可能在反复的高冲击力撞击中保护螳螂虾的神经组织和结构圆善性。螳螂虾进化出了一种访佛啁啾声子晶体的结构，这为具有可调波过滤特色的仿生材料提供了灵感。这些发现为在工程专揽中缠绵先进的抗冲击复合材料铺平了说念路，相当是在航空航天和国防工业中。
着手：高分子科学前沿
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