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蜻蜓翅翼三维空间结构的动力学与疲劳寿命研究

弯艳玲  
【摘要】: 蜻蜓在亿万年的进化过程中形成了近乎完美的身体结构,优胜劣汰的自然法则使它们在结构、形态和功能上达到最优设计。仿生学的研究目的是研究生物系统的结构和性能为工程技术提供新的设计思想和工作方法。 本文从仿生学角度出发,以蜻蜓翅翼结构为研究对象,分析了其结构和物质成分的生物学特性,重构了翅翼的三维空间几何模型,并对其动力学特性、疲劳寿命和翅翼表面的自清洁性能等进行了系统研究,旨在探索蜻蜓翅翼质轻、结构稳定性和高疲劳特性,为微型飞行器机翼的应用设计提供理论参考。主要研究内容及结论如下: 1、分别对蜻蜓翅翼的结构、物质成分等参数进行了研究,为蜻蜓翅翼结构性能和润湿机理的分析提供理论数据; 2、采用三维逆向工程技术首次建立了蜻蜓翅翼三维空间几何模型; 3、利用MSC.Patran软件对蜻蜓翅翼三维空间结构的动力学特性和疲劳寿命进行了研究,分析了蜻蜓翅翼的稳定性和抗疲劳特性; 4、对蜻蜓翅翼表面润湿性能进行了研究,发现蜻蜓翅翼具有自清洁效应,并基于自清洁结构对其动特性进行了分析,证明了自清洁结构对翅翼结构的动态稳定性起保护作用; 5、采用Miner线性累积损伤理论首次对蜻蜓翅翼三维空间结构进行了疲劳寿命仿真分析,发现蜻蜓翅翼为高周疲劳寿命结构; 6、基于模态分析结果优化出蜻蜓翅翼结构的仿生模型,并对其瞬态响应、频率响应和疲劳寿命进行了分析,发现仿生模型具有与原蜻蜓翅翼相近的动态特性,其疲劳寿命属于高周疲劳寿命,验证了所建仿生翅翼模型的高动态稳定性和高疲劳寿命特性,为微扑翼飞行器的发展提供了理论参考。


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