LA BIOMECÁNICA DE LAS PLANTAS COMO REFERENTE PARA EL DISEÑO DE MATERIALES Y ESTRUCTURAS
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.rcm.19408Palabras clave:
Biomecánica de plantas, Diseño de materiales, Ravenala madagascariensis, Peciolo, BiomiméticaResumen
Este proyecto tuvo como objetivo la modelación del comportamiento biomecánico estructural del peciolo de la Ravenala madagascariensis -R. mad-. El sistema peciolo-hoja debe soportar la fuerza de los vientos que generan estados de carga combinada con flexión y torsión. Además, el peciolo debe permitir que la hoja rote disminuyendo el área proyectada al viento y la fuerza de flexión, exigiendo que su estructura interna permita el funcionamiento estructural diferencial en un amplio rango elástico. Se encontró que la geometría elíptica de la sección transversal y la disposición de sus materiales o tejidos vegetales generan un sistema carcasa-relleno, son altamente anisotrópicos y afectan el comportamiento mecánico del peciolo. Se evidenció una particular distribución de los esfuerzos cortantes debidos a la torsión sobre la sección elíptica en la cual en los puntos periféricos de los ejes mayor y menor, alcanza valores muy similares. Se concluye que el peciolo es una estructura material y formalmente adaptada de manera que el uso de la estrategia carcasa-relleno evita el colapso de la sección transversal por acción del pandeo local durante la flexión. Además, que los altos niveles de deformación angular por torsión generan distribuciones uniformes de esfuerzos cortantes sobre la periferia de la sección transversal, eliminando la distorsión y pérdida de capacidad estructural para soportar la flexión simultánea que se sucede. Lo anterior convierte al peciolo de la R. mad en un candidato favorable para la biomímesis de patrones estructurales que inspiren el diseño de nuevos materiales y estructuras.
Descargas
Citas
J. F. V. Vincent, "The Design of Natural Materials and Structures," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, vol. 1, pp. 141-146, January 1, 1990 1990.
C. Mattheck, Design in nature: learning from tress. Berlin: Springer, 1998.
C. Ortiz and M. C. Boyce, "Bioinspired Structural Materials," Science, vol. 319, pp. 1053-1054, February 22, 2008 2008.
K. Liu and L. Jiang, "Bio-inspired design of multiscale structures for function integration," Nano Today, vol. 6, pp. 155-175, 2011.
S. Vogel, Ancas y palancas: mecánica natural y mecánica humana, 1 ed. Barcelona: Tusquets editores, 2000.
T. B. Speck, I., "Plant Stems: Functional Design and Mechanics," Annual Review of Materials Research, vol. 41, pp. 169-193, 2011.
M. P. Fernandez, "Estado del arte en modelación funcional-estructural de plantas," Bosque (Valdivia), vol. 26, pp. 71-79, 2005.
L. G. Brazier, "On the Flexure of Thin Cylindrical Shells and Other "Thin" Sections," Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, vol. 116, pp. 104-114, 1927.
D. Pasini, "Shape transformers for material and shape selection of lightweight beams," Materials & Design, vol. 28, pp. 2071-2079, 2007.
D. Celentano, "Vulcan," 2.4 ed, 1999.
K. J. Niklas, "Testing 'Economy in Design' in Plants: are the Petioles and Rachises of Leaves 'Designed' According to the Principle of Uniform Strength?," Annals of Botany, vol. 71, pp. 33-41, January 1, 1993 1993.
T. R. Faisal, et al., "Hierarchical Microstructure and Elastic Properties of Leaf Petiole Tissue in Philodendron melinonii," in MRS Proceedings, 2012.
A. R. Ennos, et al., "The functional morphology of the petioles of the banana, Musa textilis," Journal of Experimental Botany, vol. 51, pp. 2085-2093, December 1, 2000 2000.
S. Vogel, "Twist-to-Bend Ratios and Cross-Sectional Shapes of Petioles and Stems," Journal of Experimental Botany, vol. 43, pp. 1527-1532, November 1, 1992 1992
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
