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《吉林大学》 2011年
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黑斑侧褶蛙和中华大蟾蜍的特征、功能、力学特性及其仿生分析

王超飞  
【摘要】:自然界中的植物和动物具有优异的适应环境的能力,人们从中得到启发,仿生学应运而生,解决了诸多工程问题。 本研究从仿生学的角度出发,以两栖纲无尾目典型动物黑斑侧褶蛙和中华大蟾蜍为研究对象。从表面形态和结构入手,结合其生活习性和自身特点,分析其典型结构和特征。分析了无尾目典型动物优异生物特性在包括农业工程在内的工程上的潜在的仿生应用。 以两栖纲无尾目典型动物黑斑侧褶蛙和中华大蟾蜍为研究对象,利用体视显微镜和扫描电镜等分析设备观察和测试中华大蟾蜍和黑斑侧褶蛙表面形态和结构等特征,对比分析中华大蟾蜍和黑斑侧褶蛙不同部位的表面形态、微观结构的异同点,并建立具有代表性的微观结构的三维模型。并对黑斑侧褶蛙皮肤在体和脱水情况下进行润湿性分析,使用水润湿角测量仪,测量出背部、腹部表面皮肤与水的润湿角,结果表明黑斑侧褶蛙皮肤有、无体表液存在情况下均为亲水材料。黑斑侧褶蛙表皮脱水无体表液的情况下皮肤的水接触角相对大于在体有体表液情况下皮肤的水接触角,表明黑斑侧褶蛙体表液中有亲水物质。 运用逆向工程技术,使用3D激光扫描系统获得黑斑侧褶蛙躯干躯干外形轮廓点群,在Imageware软件中进行模型重构,并提取黑斑侧褶蛙主要部位的特征曲线,利用Matlab软件进行曲线拟合,得到曲线方程,并对其曲率特征进行分析,揭示黑斑侧褶蛙躯干的特征。 黑斑侧褶蛙和中华大蟾蜍表皮材料纳米力学性能研究,采用纳米力学测试系统测量黑斑侧褶蛙和中华大蟾蜍身体各部位的表皮纳米力学性能,比较黑斑侧褶蛙、中华大蟾蜍与其它动物及昆虫表皮材料之间的纳米力学性能差异。 用动物运动力学测试系统测试中华大蟾蜍在水平面上的运动过程,获取其爬行时的接触力,判断其运动规律。用微观摩擦学试验机测量黑斑侧褶蛙和中华大蟾蜍皮肤脱水状态下的摩擦系数。介绍了用ABAQUS有限元软件的理论基础和技术问题,将建立的两栖纲无尾目典型动物黑斑侧褶蛙和中华大蟾蜍的具有代表性的微观结构的三维模型在ABAQUS有限元软件中模拟其与接触对模型接触过程,分析接触面间等效应力分布规律以及接触面间节点位移变化规律。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:Q811

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