龙虾螯外甲壳微结构及其力学行为研究

发布时间：2020-12-27 08:35

　　经过若干世纪的自然选择进化,天然生物复合材料-龙虾外甲壳具有了高的强度、刚度以及断裂韧性等优良力学性质。龙虾外甲壳优良力学性质与其内部微结构密切相关,对龙虾外甲壳优良力学性质与其微结构关系的深入研究,能够为人造高性能复合材料的设计提供重要指导。本文通过宏细观力学测试、扫描电镜观察、理论模型分析、有限元数值计算及仿生实验相结合的方法,研究了龙虾螯外甲壳微结构与其力学行为之间的关系。本文的主要工作和取得的结论如下:（1）对龙虾螯外甲壳试样的力学性质进行了测试。测试方法、内容及取得的结果为:（1）通过拉伸实验,测试了龙虾螯外甲壳不同位置处试样的力学性质。结果显示龙虾螯外甲壳中部的拉伸强度、极限应变以及断裂能大于其前部和后部的拉伸强度、极限应变以及断裂能。即龙虾螯外甲壳具有与位置相关的非均匀力学性质。（2）对龙虾螯外甲壳饱水试样和脱水试样进行了拉伸实验,结果显示龙虾螯外甲壳饱水试样的拉伸强度、极限应变以及断裂能大于脱水试样的拉伸强度、极限应变以及断裂能。即龙虾螯外甲壳的力学性质与含水量密切相关。（3）通过拉伸实验,测试了龙虾螯外甲壳纵向和横向试样的力学性质,结果显示纵向试样的弹性模量、拉伸强度... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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节肢动物的外甲壳结构图，包括上表皮层，外表皮层、内表皮层和表皮层[18]

图 1. 2 龙虾外甲壳的多级结构[23]氨基葡萄糖分子[24]，(II) α –几丁质的反平行链[24]，(III)几丁质-蛋白纳米基质中的几丁质蛋白纤维[26]，( V)包含孔洞的外甲壳[27]， (VI)螺旋[28](VII)外甲壳的三个结构层[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，龙虾外甲壳在最小尺度上的 N-乙酰氨基葡萄糖的聚合物链[24](II)，进而这些聚合物链，组成包覆蛋白质的大约为 300 nm 的纳米几丁质纤维[25,26,29](III)，这些纳米几白质基体中(IV)，构成与外甲壳表面平行、包含椭圆形孔洞7,30,31](V)。在此纤维层的每一个孔洞中，都有一根垂直于孔

重庆大学博士学位论文学性质差异很大，其中干燥试样的弹性模量在 5.8 GPa样的弹性模量在 4.8 GPa 左右。龙虾外甲壳试样在干燥性材料的力学行为，与此相反，新鲜饱水状态的龙虾 时开始发生塑性变形，直到应变达到 1.7 % - 1.8 %时才样 0.7 %左右的断裂应变值，不难看出含水量对龙虾外。Hepburn 等[43]和 Joffe 等[44]同样在青蟹和对虾的实验45]也测得新鲜饱水的龙虾外甲壳试样的拉伸强度为 41.，而对于干燥脱水的龙虾外甲壳试样，拉伸强度和极限 2.83 %。可见新鲜饱水的龙虾外甲壳试样的力学性质优样。


本文编号：2941428