Faserverstärkte Pflanzenorgane als Inspiration für carbonfaserverstärkte Betonkonstruktionen
Im Teilprojekt A03 werden pflanzliche Organe und Strukturen untersucht, um daraus Inspirationen für neuartige Carbonbetonkonstruktionen abzuleiten. Dabei gliedert sich das Teilprojekt in zwei inhaltliche Teilstränge: die Untersuchung peltater Blätter und die Untersuchung von Spross-Wurzel-Übergängen.
Charakterisierung von Blattstiel-Blattlamina-Übergängen
Ziel des Teilprojekts ist die anatomische, morphologische und biomechanische Charakterisierung von Blattstiel-Blattlamina-Übergängen in peltaten Blättern, d.h. Blättern, bei denen der Blattstiel auf der Unterseite des Blattes mittig oder leicht exzentrisch inseriert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der vergleichenden Analyse der Faserverlaufsprinzipien am Knotenpunkt Blattstiel-Blattlamina bei krautigen, kurzlebigen Blättern. Es werden zum einen Vertreter ähnlicher Morphologie, aber unterschiedlicher Größe betrachtet, um die Verbindungselemente auf unterschiedlichen Größen- und Gewichtsskalen zu untersuchen. Zum anderen werden Vertreter mit großflächigen Blättern unterschiedlicher Morphologie hinsichtlich der verschiedenen Prinzipien für die Verbindung von Blattstiel zu Blattspreite analysiert.
Für die Erarbeitung konstruktiver Lösungen für die Entwicklung neuer Carbonbetonbauteile anhand von biologischen Beispielen liegen bei der Analyse dieser pflanzlichen Prinzipien vor allem Krafteinleitung, Dämpfungsverhalten an Knotenpunkten und Faser-Matrix-Anbindung im Fokus.
Charakterisierung von Spross-Wurzel-Übergängen
Ziel des Teilprojektes ist die anatomische, morphologische und biomechanische Charakterisierung von Spross-Wurzel-Übergängen in schnell wachsenden und schwach oder nicht verholzenden Pflanzen, insbesondere bei oberirdischen Stützwurzeln. Der Schwerpunkt liegt auf Pflanzen, die als Hohlkonstruktionen wachsen oder bei denen das Zentrum mit einem nicht tragenden Gewebe gefüllt sind. Damit liegen die Festigungsgewebe im äußeren Sprossbereich. Diese Prinzipien sollen in Hinsicht auf eine Abstraktion für Carbon-Beton-Bauteile untersucht werden mit einem Fokus auf Krafteinleitung, Dämpfungsverhalten im Knoten und Faser-Matrix-Übergang.
Außerdem wird das adaptive Wachstum ausgewählter Pflanzen untersucht. Dies geschieht sowohl als Antwort auf den Anstieg der Eigenbelastungen aus dem natürlichen Wachstum als auch bei äußeren Umgebungseinflüssen wie zum Beispiel Windlasten oder schrägem Wuchsverlauf. Diese Anpassungsstrategien sollen als Inspiration bei der Entwicklung von Carbonbetonbauteilen dienen.
Wissenschaftler
01062 Dresden
22609 Hamburg (bis | until 2022 TU Dresden)
01062 Dresden
01062 Dresden
Kooperationen
Publikationen | Publications
Friese, D.; Rjosk, A.; Hahn, L.; Lautenschläger, Th.; Neinhuis, Chr.; Cherif, Ch. (2022) Development of an application-oriented Yarn Impregnation and Fixation Technology for the Robot-supported Manufacturing of Biologically Inspired Load Adapted 3D Textile Reinforcement Structures in: Stokkeland, S.; Braarud, H. C. [eds.] Concrete Innovation for Sustainability – Proc. for the 6th fib International Congress 2022, 12.–16.06.2022 in Oslo (Norway), Oslo: Novus Press, p. 715–725.
Macek, D.; Rjosk, A.; Ritzert, S.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, Chr.; Reese, S. (2023) Numerical Simulations of the Mechanical Behavior of Plant Tissues as an Inspiration for Carbon Reinforced Concrete Structures
in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 350, Cham: Springer, p. 1408–1417 – doi.org/10.1007/978-3-031-32511-3_144
Macek, D.; Rjosk, A.; Ritzert; S.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Reese, S. (2023) Pflanzengewebe als Inspiration für Carbonbeton-Strukturen: Morphologie und mechanisches Verhalten in: Bauingenieur 98, issue 07–08, p. 227–233 – DOI: 10.37544/0005-6650-2023-07-08-49
Pauls, B.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C. (2023) Anatomical and Biomechanical Properties of the Junction between Stem and Aerial Roots ofSelenicereus undatus in: Plants 12, issue 13, 2544 – DOI: 10.3390/plants12132544
Platen, J.; Pauls, B.; Rjosk, A.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, Chr.; Kaliske, M. (2023) Modeling Growth of Plants for Biologically Inspired Structures of Carbon Fiber Reinforced Concrete
in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 350, Cham: Springer, p. 1262–1272 – doi.org/10.1007/978-3-031-32511-3_129
Rjosk, A.; Neinhuis, C.; Lautenschläger, T. (2022) Anatomy and Biomechanics of Peltate Begonia Leaves—Comparative Case Studies in: Plants 11: 3297.
Wunnenberg, J.; Rjosk, A.; Neinhuis, C.; Lautenschläger, T.(2021)Strengthening structures in the petiole-lamina junction of peltate leaves in: Biomimetics 6(2): 25.
Vorträge und Poster | Oral presentations and posters
Macek, D.; Holthusen, H.; Rjosk, A.; Ritzert, S.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Simon, JW.; Reese, S. (2022) A constitutive model for modeling the mechanical behavior of the peltate leaf of Stephania japonica (Menispermaceae) oral presentation at: 92nd Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics, 15.–19.08.2022 in Aachen
Pauls, B.; Hesse, L.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C. (2023) Aerial root insertion in stems of Epipremnum aureum - a model for fiber reinforced junctions poster at: 10. Bionik-Kongress, 12./13.05.2023 in Bremen
Pauls, B.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C. (2022) Strength and failure mode of the junction between stem and aerial roots of Hylocereus undatus poster at: 10th International Plant Biomechanics Conference, 21.–26.08.2022 in Lyon (France)
Pauls, B.; Platen, J.; Kaliske, M.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C. (2023) Plant Growth as Inspiration for Novel Carbon Concrete Components poster at: 10. Bionik-Kongress, 12./13.05.2023 in Bremen
Ritzert, S.; Holthusen, H.; Macek, D.; Rjosk, A.; Lautenschläger, T.; Neinhuis, C.; Reese, S. (2023) Modeling technique for petiole-lamina connections of peltate leaves in: ECCOMAS 7th Young Investigators Conference YIC, 19.–21.06.2023 in Porto (Portugal, proceedings in preparation)
Rjosk, A.; Neinhuis, C.; Lautenschläger, T. (2022) Anatomy and biomechanics of peltate Begonia leaves oral presentation at: 10th International Plant Biomechanics Conference, 21.–26.08.2022 in Lyon (France)
Rjosk, A.; Ritzert, S.; Macek, D.; Friese, D.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Cherif, C.; Reese, S.; Neinhuis, C.; Lautenschläger, T. (2023) A new approach to construction: using peltate leaves as inspiration in the design of novel carbon fibre reinforced concrete building components oral presentation at: 10. Bionik-Kongress, 12.-13.05.2023 in Bremen (proceedings in preparation)
Studentische Arbeiten | Student's works
Morgenstern, T. (TP A03) Anatomische und biomechanische Untersuchung von Blättern peltater Arten [Bachelorarbeit].
Calderon Barrientos, R. F. (TP A03) Morphologische, anatomische und mechanische Untersuchung der Luftwurzeln von Epipremnum aureum [Bachelorarbeit].
Kupfer, A. (TP A03) Untersuchung der Methode zur indirekten Turgorbestimmung bei Petioli peltater Blätter [Bachelorarbeit].