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The structural basis of oscillation damping in plant stems-biomechanics and biomimetics

Journal of Bionic Engineering 2004年第3期1卷 149-158页

作者： Hanns-Christof Spatz anton emanns Olga Speck Competence Network Biomimetics Plant Biomechanics Group Fakultt für Biologie Albert-Ludwigs-Universitt Freiburg Schnzlestr. 1 D –79104 Freiburg GermanyCompetence Network Biomimetics Plant Biomechanics Group Fakultt für BiologieAlbert-Ludwigs-Universitt Freiburg Schnzlestr. 1 D –79104 Freiburg GermanyCompetence Network Biomimetics Plant Biomechanics Group Fakultt für BiologieAlbert-Ludwigs-Universitt Freiburg Schnzlestr. 1 D –79104 Freiburg Germany

Oscillations and their damping were investigated for plant stems of Cyperus alternifolius L., Equisetum hyemale L., Equisetum fluviatile L., Juncus effuses L., Stipa gigantea Link, and Thamnocalamus spathaceus (Franch.) Soderstr. With the exception of T. spathaceus, mechanical damping of the oscillation of individual plant stems, even without side organs, leaves or inflorescences, is quite effective. Our experiments support the hypothesis that embedding stiff sclerenchymatous elements in a more compliant parenchymatous matrix provides the structural basis for the dissipation of mechanical energy in the plant stem. As an application the naturally occurring structures were mimicked in a compound material made from hemp fabrics em- bedded in polyurethane foam, cured under pressure. Like its natural model it shows plastic deformability and viscoelastic be- haviour. In particular the material is characterized by a remarkably high shock absorption capacity even for high impact loads.

关键词： biomechanics biomimetics compound materials damped oscillations plants shock absorption viscoelasticity.

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