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树木表面裂纹形成的生物力学机制
  • ISSN号:1000-6737
  • 期刊名称:生物物理学报
  • 时间:2011
  • 页码:779-788
  • 分类:Q66[生物学—生物物理学]
  • 作者机构:[1]天津大学机械工程学院,天津300072
  • 相关基金:国家自然科学基金(11072169)~~
  • 相关项目:自组织外延生长过程的应力调控机制及复杂界面演化的稳定性分析
中文摘要:

树木生长过程中会产生很大的生长应力,这些力与植物的生长过程有哪些关联?回答这个问题,有必要对应力与树木生长之间的关系进行研究。受近年来植物细胞力学研究的启发,本文采用连续介质弹性壳的力学模型,分析了树皮在树木生长过程中的应力状态,从材料强度的角度,解释了树皮表面纵裂的力学根源。同时,结合线弹性断裂力学的分析方法,并考虑了树木材料的各向异性材料力学性质,给出了树皮表面裂纹张开位移随树木生长膨胀压力变化的规律。研究结果定性地解释了树木表面纵裂的规律:通常树皮表面裂纹沿树高逐渐变窄变稀,裂纹的长度和裂尖张开位移均沿树木的高度方向减小。本文定性地阐明了树木生长应力与树皮表面纵裂形貌之间的关联,为探索多学科的研究方法提供了更多的参考依据。

英文摘要:

Tree stems are under tremendous mechanical forces generated by turgor pressure.What is the link between biological and mechanical processes? In order to answer this question,it is necessary to understand the mechanics of growth.Inspired by the recent research of the cell wall mechanics,the pressure vessel model has been proposed to analyze the stress state of stem epidermis.From the point of view of material strength,we give rational illumination of the axial crack in the tree epidermis.Based on linear elastic fracture mechanics,we set up a relationship between the crack open displacement in the tree bark and turgor pressure.Here the anisotropic material mechanical properties are considered for the tree.The numerical results give a qualitative interpretation for axial crack on the tree surface that the crack becomes narrow and sparse along the tree from the ground and the length and open displacement of the crack decrease along the tree.To capture and explain the biological process,the use of mechanical modeling approaches in plant emphasize the need for fostering interdisciplinary research.

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期刊信息
  • 《生物物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国生物物理学会
  • 主编:沈恂
  • 地址:北京朝阳区大屯路15号生物物理研究所内
  • 邮编:100101
  • 邮箱:acta@sun5.ibp.ac.cn
  • 电话:010-64888458
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6737
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1992/Q
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 二次获得中国科协优秀科技期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:7189