Pflanzengewebe als Inspiration für Carbonbeton-Strukturen: Morphologie und mechanisches Verhalten/Plant tissues as an inspiration for carbon reinforced concrete structures: morphology and mechanical behavior

Abstract

Pflanzen zeigen eine Vielzahl unterschiedlicher Blattformen. Die mechanischen Eigenschaften der Blätter werden durch die innere Zusammensetzung der verschiedenen Gewebe bestimmt. Die biomechanischen Eigenschaften von peltaten Blättern wurden bisher nur wenig erforscht. Die komplexe Faserorganisation in dieser Art von Blättern kann als Inspiration für neuartige Carbonbeton-Strukturen dienen. Aufgrund der komplexen morphologischen Anatomie von Blättern können nicht alle Informationen über das mechanische Verhalten aus Experimenten gewonnen werden. Daher untersuchen wir in diesem Beitrag das mechanische Verhalten von peltaten Blättern von Stephania japonica mithilfe der numerischen Simulation. Für die Finite-Elemente-Simulationen wird ein kontinuumsmechanisches Materialmodell verwendet. Zunächst werden die numerischen Ergebnisse mit den realen Versuchen verglichen. Dann wird das Modell eingesetzt, um das Verhalten des Pflanzengewebes unter verschiedenen Belastungsbedingungen zu simulieren. Darüber hinaus werden auf der Grundlage der CT-Daten des Blattgewebes einige mögliche Carbonbeton-Strukturen vorgeschlagen.