甲蟲鞘翅微結構的仿生設計及其力學性能研究.pdf

1、經(jīng)過上百萬年的進化，甲蟲發(fā)展出了與其生活環(huán)境相適應的具有特殊構造和功能的鞘翅。為研究鞘翅的微觀結構，本文以東方龍虱的鞘翅為主要研究對象，對鞘翅的切片的制作方法進行了研究，并比較了不同軟化鞘翅方法的切片效果，為重構鞘翅的三維結構奠定了基礎。
　　 對鞘翅的不同方向的斷面微結構進行了觀測和分析，由此推斷鞘翅不同方向的斷面微結構是相似的，鞘翅的斷面是由背壁、腹壁、內部圓形或橢圓形的空腔以及空腔結構之間的小柱孔結構構成。本文根據(jù)鞘翅減重

2、結構的特點，同時結合其他相關研究，對鞘翅結構進行了合理的簡化，設計了三種甲蟲鞘翅輕質結構模型。
　　 利用有限元分析軟件ANSYS Workbench，建立了三種仿鞘翅輕質結構的有限元模型，對三種仿生結構分別進行力學性能分析，計算得到三種仿生結構的力一位移曲線以及剛度、強度值，分析比較了三種仿生結構的比剛度、比強度值，結果表明仿生結構Ⅱ的比剛度和比強度最大，性能最優(yōu)，也與原生物結構最相似。同時為驗證有限元模型的有效性和分析結果的

3、正確性，利用三維打印機制造出了三種仿生結構的模型，在萬能試驗機上對三種結構模型進行了力學性能實驗，實驗結果與有限元分析結果的比較證明了有限元模型和分析的有效性和可靠性。
　　 以ANSYS Workbench的協(xié)同優(yōu)化平臺，基于實驗設計(DOE)優(yōu)化技術，在Solidworks軟件建立仿生結構的參數(shù)化模型，同時連接到ANSYS Workbench軟件中，以主要影響結構強度尺寸參數(shù)為設計變量，對仿生結構Ⅱ進行了優(yōu)化設計計算。經(jīng)多次