بررسی تجربی و عددی گسترش ترک در رگه های بال سنجاقک

بال‌های حشرات ساختارهای حیاتی پیچیده‌ای هستند که دارای رفتار مکانیکی جالب توجهی می‌باشند. بال‌ها اساسا از رگه‌ها و پوسته‌ها تشکیل یافته‌اند. پوسته‌های تشکیل دهنده بال از لحاظ مکانیکی از چقرمگی بالایی برخوردار نیستند. اما به طور کلی مجموعه ساختار بال از مقاومت بسیار بالایی در برابر گسترش ترک برخوردار است. در این مقاله، ترکیبی از روش‌های عکس برداری با میکروسکوپ الکترونی، تست کشش و شبیه‌سازی عددی به منظور بررسی نقش رگه‌ها بر مکانیزم چقرمگی بال مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدلسازی عددی رشد ترک در رگه بر مبنای روش المان محدود توسعه یافته می‌باشد. خواص مکانیکی الاستیک خطی و قانون کشش- جدایش خطی به منظور شبیه‌سازی رفتار ساختاری ماده تشکیل‌دهنده رگه استفاده می‌شود. عکس‌های میکروسکپی نشان می‌دهند که رگه‌های بال دارای ساختار میکروسکپی توخالی متشکل از لایه‌های ساخته شده از کیتین و پروتئین می‌باشند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد که تمامی لایه‌های سازنده رگه با تنش ناشی از شرایط بارگذاری خارجی مواجه می‌شوند. اما حضور پروتئین نقش مهمی در جلوگیری از رشد ترک ایفا می‌کند. مقایسه نتایج نشان دهنده مطابقت مطلوب بین مدلسازی‌های عددی انجام شده و نتایج تجربی می‌باشد.