タートルシェルのバイオメカニクス：シェル全体がどのように圧迫されているか

タートルシェルは、さまざまな程度の捕食に対する保護を提供する鎧の一種です。アーマーとしてのシェルのこの機能は広く評価されていますが、壊れたストレスにさらされた場合の機械的な保護の制限と故障モードは十分に調査されていません。構造的および機械的試験の組み合わせを使用して、4種類のカメ（Trachemys Scripta、Malaclemys Terrapin、Chrysemys Picta、およびTerrapene Carolina）の全体の殻と孤立した骨組織と縫合の機械的特性を研究しました。構造特性は、最大荷重、故障までの作業、および相対的なシェル変形を定量化するために、全体のシェルを圧縮荷重とポイント荷重にさらすことにより評価されました。シェルの草原領域からの骨および縫合の機械的特性は、3点曲げ実験を使用して評価されました。全体のシェル構造特性の分析は、小さなシェルが、ポイントと圧縮荷重の両方で故障を誘発するために、大きなシェルや同様の量のエネルギーが必要であるよりも、故障前に比較的大きな変形を受けることを示唆しています。故障の位置は、縫合糸よりもはるかに頻繁に発生しました（表皮のscutesと下にある骨の縁を表しています）。スルチによって作成された骨の小さな溝がシェルの弱点のゾーンを導入することを示唆しています。3点曲げデータから計算された曲げ強度、究極の曲げひずみ、ヤング率、およびエネルギー吸収の値は、縫合糸が周囲の骨よりも比較的弱いことを示していますが、最終的なひずみが高いため、同様の量のエネルギーを吸収できることを示しています。値。

Turtle shells are a form of armor that provides varying degrees of protection against predation. Although this function of the shell as armor is widely appreciated, the mechanical limits of protection and the modes of failure when subjected to breaking stresses have not been well explored. We studied the mechanical properties of whole shells and of isolated bony tissues and sutures in four species of turtles (Trachemys scripta, Malaclemys terrapin, Chrysemys picta, and Terrapene carolina) using a combination of structural and mechanical tests. Structural properties were evaluated by subjecting whole shells to compressive and point loads in order to quantify maximum load, work to failure, and relative shell deformations. The mechanical properties of bone and sutures from the plastral region of the shell were evaluated using three-point bending experiments. Analysis of whole shell structural properties suggests that small shells undergo relatively greater deformations before failure than do large shells and similar amounts of energy are required to induce failure under both point and compressive loads. Location of failures occurred far more often at sulci than at sutures (representing the margins of the epidermal scutes and the underlying bones, respectively), suggesting that the small grooves in the bone created by the sulci introduce zones of weakness in the shell. Values for bending strength, ultimate bending strain, Young's modulus, and energy absorption, calculated from the three-point bending data, indicate that sutures are relatively weaker than the surrounding bone, but are able to absorb similar amounts of energy due to higher ultimate strain values.