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Verstärkungen in den Flügelknochen von Vögeln: Experimente, Analyse und Modellierung

Nahezu alle modernen Vogelarten sind flugfähig; die mechanische Fähigkeit ihrer Flügel und die Steifheit ihres Skelettsystems haben sich so entwickelt, dass sie diese außergewöhnliche Leistung ermöglichen. Eines der interessantesten Beispiele für strukturelle Anpassungen bei Vögeln ist die innere Struktur ihrer Flügelknochen. Bei fliegenden Vögeln müssen die Knochen ausreichend stark und steif sein, um den Kräften während des Starts, des Flugs und der Landung mit einem Minimum an Gewicht standzuhalten. Die Querschnittsmorphologie und das Vorhandensein von Verstärkungsstrukturen (Verstrebungen und Rippen) in den Flügelknochen von Vögeln variieren von Art zu Art, je nachdem, wie die Flügel genutzt werden. Es wird gezeigt, dass sowohl die Morphologie als auch die inneren Merkmale die Biege- und Torsionsfestigkeit mit einem minimalen Gewichtsverlust erhöhen. Prototypen von Verstärkungsstreben, die im 3D-Druckverfahren hergestellt wurden, wurden in diametraler Kompression und Torsion getestet, um das Konzept zu validieren. Bei der Kompression verringerte sich die Ovalisierung durch das Einsetzen der Streben, während sie keinen Einfluss auf die Torsionsfestigkeit hatten. Ein elastisches Modell eines kreisförmigen Rings, der durch horizontale und vertikale Streben verstärkt ist, wird entwickelt, um die Druckversteifung des Rings durch unterschiedlich ausgerichtete Streben zu erklären.