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蜻蜓膜翅结构特征和纳米力学行为及仿生分析

赵彦如  
【摘要】: 本论文在国家自然科学基金项目和国家杰出青年科学基金项目资助下,对黄蜻、碧伟蜓和条斑赤蜻三种蜻蜓膜翅的几何形态、微观结构、纳米力学性能、三维几何模型重构和有限元模拟进行了系统研究。对三种蜻蜓膜翅的几何形态参数、脉络以及翅脉之间的夹角进行了分析;利用激光共聚焦显微镜和透射电子显微镜对三种蜻蜓膜翅的表面形貌、三个典型截面形态以及翅脉和翅膜的微观结构进行了观察分析;在纳米力学试验中采用试验优化方法确定最佳加载速率和保压时间后,对蜻蜓在体样品和保鲜样品以及三种蜻蜓膜翅同一部位的纳米力学性能进行了测试和对比研究;采用三维激光扫描系统对蜻蜓膜翅进行系统扫描,删除与研究无关的数据点后,提取其边界曲线,最后利用点群与边界曲线进行蜻蜓膜翅的三维几何模型重构;在ANSYS有限元模型中采用二节点管单元Pipe20模拟翅脉,四节点壳单元Shell43模拟翅膜,对蜻蜓膜翅有限元模型进行力学性能分析,并设计了三种仿蜻蜓膜翅的结构模型。蜻蜓膜翅是一种高性能的二维天然复合材料,对蜻蜓膜翅的研究将对新型二维复合材料的仿生设计提供技术参考。


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