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许多动物依赖特化的口器来处理食物。由于这是一项在机械上要求很高的任务，口器往往会发生磨损，并可能对摄食性能乃至适应度造成严重后果。因此，磨损的生物力学显然具有重要的生物学意义，但目前人们对其理解仍然有限，尤其是在昆虫中，因为传统工程学磨损测试难以实施。 在本文中，我们对三种昆虫的大颚表角质层进行了纳米力学表征：两种专食切叶者，其中一种含有过渡金属包涵体，另一种不含；以及一种杂食性昆虫。与简单工程磨损理论的预测相反，耐磨性既不与压痕硬度成正比，也不与磨损载荷成反比。我们认为，这种差异部分源于大颚表角质层较高的硬度—模量比，这使得压痕硬度难以作为抗塑性变形能力的良好替代指标。一个简单的弹塑性磨损模型在定性上捕捉到了实验与理论之间的主要差异，并提出了一组修正后的磨损替代指标；这些指标或许至少能够借助 Ashby 图上的等性能线，对生物材料进行定性排序。然而，与大多数磨损模型一样，磨损系数仍然无法预测；这一局限性在表角质层含水后耐磨性增加这一现象中得到了鲜明体现，尽管其硬度和模量均有所下降。 综合来看，这些观察结果表明，对于具有高硬度—模量比的生物材料，纯塑性磨损模型往往可能并不适用；而即便是弹塑性模型，也需要通过实验磨损测定进行谨慎验证。
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🏷️ 昆虫口器 纳米力学 生物材料磨损 角质层 弹塑性模型
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