海洋海绵纤维中薄片状构造的功能意义：将圆柱管拆分为管束可降低其弯曲刚度的条件

众多巧妙的工程设计及装置源自生物启发。骨、珍珠母及其他此类刚性结构生物材料（SSBMs）是由矿物与有机物层层交叠构成的复合材料。在珍珠母中，这种薄片状构造已知有助于其断裂韧性，并已被研究以探寻可助力开发兼具高强度与高韧性合成复合材料的新工程材料设计原理。$\textit{Euplectella aspergillum}$（$\textit{Ea.}$）的骨骼锚定纤维（骨针）同样呈现薄片状构造；然而，近期通过断裂力学实验与计算表明，其中的薄片结构并未显著贡献其断裂韧性。关于 $\textit{Ea.}$ 骨针薄片状构造功能意义的另一假设——承载能力（LCC）假说——认为其增强的是骨针的强度，而非韧性。从生态学角度看，LCC 假说固然合理，因为更高的强度可使骨针将 $\textit{Ea.}$ 更牢固地锚定于海床，鉴于其为滤食性动物，这对其有益。本文中我们从固体与结构力学角度为 LCC 假说提供支持；相较于来自生态学的支持，这一支持虽远难辨识，却同样——甚至更为——令人信服且有效。我们发现，当骨针以打结构型发挥作用时，降低的弯曲刚度有益于其承载能力；并且对于与骨针轴向对称性相符的广泛材料类别，将圆柱管切分为同轴管束可降低该管的弯曲刚度。