骨骼结构发现激发更耐用，轻巧的飞机翅膀

Christopher J. Hernandez，Serifery Mevery South of Meminig of Biomedical工程学院副教授，解释了骨骼内部结构的看似小方面是如何加强，以承受循环载荷的重复磨损和撕裂。

康奈尔研究人员对骨骼内部结构的似乎似乎很小的方面进行了新的发现，以承受重复的磨损和撕裂，该发现可以帮助治疗患有骨质疏松症的患者。它也可能导致为航空航天行业创造更耐用，轻巧的材料。

该团队的论文“骨吸的微体建筑实现了增强的疲劳生活”，于2019年11月18日发表在国家科学院的诉讼程序中。

几十年来，研究骨质疏松症的科学家们使用X射线成像来分析骨骼的结构并定位强度和弱斑。密度是通常与骨骼强度有关的主要因素，并且在评估强度时，大多数研究人员都会看一下骨骼可以一次处理多少负载。

但是，由高级创行者J. Hernandez领导的团队，机械和航空航天工程学院和Meinig学院的生物医学工程学院副教授对长期疲劳生活感兴趣，或者装载骨骼的循环有很多兴趣在它休息之前。

Crinkell Christopher J. Hernandez领导的康奈尔研究人员使用了一种3D打印机来制造由氨基甲酸酯甲基丙烯酸甲酯聚合物制成的骨骼启发材料，然后测试其耐久性。研究人员可以通过加强内部杆状支柱将材料的疲劳寿命提高100次。

“了解材料疲劳性质的最佳方式是思考汽车中的一部分，经常打破，所以你必须把它带到商店。好吧，为什么休息了？它足以足够强大，因为它的工作数月，几年，只是很好。但是在骑自行车和骑自行车和骑自行车之后，几以数百万个循环，它突破，“Hernandez说。“我们已经知道了150年的材料属性，它嵌入了我们所做的一切的设计。但没有太多人做了这种骨骼的这种研究。“

骨的内部架构由垂直板状支柱组成，当过载时确定其强度。骨头也有水平杆状支柱，对力量影响很小，基本上是“窗户敷料”。Hernandez和他的团队怀疑建筑的其他方面很重要。使用新的计算机软件，领先作者Ashley Torres，M.A.'15，Ph.D.'18，MBA'19，能够对骨骼采样进行更深入的分析，发现，当涉及长期磨损和撕裂时，水平杆状支柱对于延长骨骼的疲劳寿命至关重要。

“如果你只加载一次骨头，就是关于它的密集程度，密度大多由板式支柱决定，”Hernandez说，他也是医院的兼职科学家，为威尔的附属公司进行了专用手术康奈尔医学。“但如果你想到有多少次的低幅度负荷可以采取，那么这些小侧面Twiggy Struts就是那么重要。当人们年龄时，他们首先失去了这些水平支柱，增加了骨骼将从多个循环负荷突破的可能性。“

该团队使用3D打印机来制造由氨基甲酸酯甲基丙烯酸甲酯聚合物制成的骨骼启发材料。研究人员改变了杆的厚度，并且能够将材料的疲劳寿命提高100倍。

Hernandez预期加强微观结构格子，他的团队开发可以纳入任何设备，并将对航空航天工业特别有益，其中超轻型材料需要承受巨大和重复的菌株。

“飞机击中的每一个风阵风都会导致它的循环循环，所以飞机翼在每次航班中都有数千次装载，”Hernandez说。“如果您想制作持久的设备或轻量级的车辆，那么将持续很长时间，那么它真的很重要的是零件可以在休息之前采取多少个装载周期。我们在本研究中获得的数学关系让某人设计其中一个结构结构平衡单个负载下的刚度和强度的需求，需要容忍许多，许多较低级别的负载周期。“

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参考：Ashley M. Torres，Adwait A.Trikanad，Cameron A.Aubin，Floor M.Lambers，Marysol Luna，Clare M.Rimnac，Pablo Zavattieri和Christopher J.Hernandez的“骨启发式微架构实现了更长的疲劳寿命”，2019年11月18日，美国国家科学院院刊。DOI：
10.1073 / pnas.1905814116

共同作者包括康奈尔博士生Cameron Aubin和Marysol Luna;博士后研究人员地板兰伯斯; Pablo Zavattiili和普渡大学的三泰特里克坦;在西部储备大学的克莱米纳克省。

该研究部分受到国家关节炎和肌肉骨骼和国家健康研究院皮肤病的支持;国家科学基金会通过研究生研究多样性补充和职业奖;和康奈尔·科尔曼奖学金旨在扩大代表性，发展未来的工程领袖。