Titelaufnahme

Titel
Experimental and computational study of the cheliceral fang of Cupiennius salei / by Matthias Priewasser
Verfasser/ VerfasserinPriewasser, Matthias
Begutachter / BegutachterinRammerstorfer, Franz G.
Erschienen2012
Umfang64 Bl. : 2 Zsfassungen ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Masterarb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. und engl. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Cupiennius salei / Kutikula / Spannungsverteilung / Computersimulation / Cupiennius salei / Kutikula / Spannungsverteilung / Computersimulation / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-34824 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Experimental and computational study of the cheliceral fang of Cupiennius salei [6.92 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die Kutikula, bestehend aus Chitin und Proteinen, ist eines der am vielfältigsten einsetzbaren unter allen biologischen Materialien. Das chitinhaltige Exoskelett von Arthropoden muss je nach Anwendungsbereich hart oder weich, steif oder verformbar sein, und diese Eigenschaften müssen sich über kürzeste Distanzen signifikant ändern können. Es wurden die strukturellen Eigenschaften der Cheliceren, der Beißwerkzeuge der Spinne Cupiennius salei, unter Verwendung verschiedener physikalischer Methoden detailliert untersucht. Die ursprüngliche Idee dieser Arbeit war die Modellierung der Mikrostruktur des Materials und dessen Verhaltens unter biologisch relevanten Belastungen. Es konnte gezeigt werden, dass ein einfaches makroskopisches und isotropes Modell viele Eigenschaften des Gitzahns, wie etwa die Reduktion lokaler Spannungskonzentrationen, bereits ausreichend beschreibt.Weiters konnte gezeigt werden, dass die Einlagerung von Zink in der Spitze des Zahns zu verbesserten Materialeigenschaften führt, wie z.B. einem maximalen Elastizitätsmodul von 23 Gpa, ein für kutikuläres Material bemerkenswerter Wert. Die Geschwindigkeit der Beißbewegung wurde mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera gemessen und die maximale an der Spitze wirkende Kraft unter natürlichen Bedingungen wurde durch Messung mit Dehnmessstreifen ermittelt. Die Schichtung der Kutikula wiederum wurde mittels Mallory-Färbung untersucht.Die Verteilung der Materialeigenschaften ist entlang der Struktur mit der Spannungsverteilung korreliert, gleichzeitig wurde eine hohe Bruchfestigkeit beobachtet. Die herausragenden mechanischen Eigenschaften der Spitze des Giftzahns, in Kombination mit der schnellen Bewegung und der Krümmung, machen diesen zu einem präzisen und tödlichen Werkzeug für die Jagd.

Zusammenfassung (Englisch)

Cuticle, a combination of chitin and proteins, is one of the most flexible and versatile among nature's structural materials. The cuticular exoskeleton of arthropods has to be hard or soft, stiff or compliant, sometimes even in adjacent areas, depending on the biological requirements. This multifunctionality is what makes arthropod cuticle such an interesting object for material research.The structural characteristics of the chelicerae, the biting apparatus of the spider Cupiennius salei, and its fang were examined in detail using various physical methods. The original idea behind this thesis has been a description and modelling of the microstructure of this material and its relation to its behavior under biologically relevant loads. It has been shown that a simple macroscopic and isotropic model sufficiently describes many qualities of the fang like the minimization of local stress concentrations. It was shown that a zinc-fortification of the tip of the fang results in significantly increased material properties, e.g. a maximum elastic modulus of 23 GPa, which is remarkable for a cuticular material. The velocity of the fang's movement has been measured using a high-speed camera setup, while the maximum occurring force under natural loading conditions was obtained by strain gauge measurements. The typical arachnid layering of the cuticle including a mesocuticle was shown using Mallory's triple stain method.The distribution of material properties is correlated with the stress distribution along the structure, at the same time a high resistance to fracture has been recorded. The outstanding mechanical properties of the load-bearing tip in combination with the quick movement and the curvature of the fang make it a precise, tough and powerful hunting device.