【摘要】：面對復(fù)雜多樣、千差萬別的工程結(jié)構(gòu),要求工程材料既要具有高的強度與剛度,又要輕質(zhì)、節(jié)省材料。自然界生物體結(jié)構(gòu)是億萬年自然選擇和生命進化的結(jié)果,具有優(yōu)良的力學(xué)性能。仿生結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計理論就是通過研究生物體的宏觀、微觀特性,發(fā)現(xiàn)其優(yōu)良結(jié)構(gòu)的學(xué)科。本文的主要目的是通過剖析自然界絲瓜絡(luò)的微結(jié)構(gòu)特征,研究絲瓜絡(luò)的仿生結(jié)構(gòu),設(shè)計出類似泡沫金屬的一種新型多孔結(jié)構(gòu)材料,進而標(biāo)定其力學(xué)和導(dǎo)熱性能。主要研究內(nèi)容包括以下三大部分:·絲瓜絡(luò)微結(jié)構(gòu)研究。對絲瓜絡(luò)結(jié)構(gòu)的深入研究是進行仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ),因此,本文首先對絲瓜絡(luò)的宏觀幾何形貌進行了描述,指出絲瓜絡(luò)主要宏觀形貌可以看作雙層開孔的泡沫結(jié)構(gòu),內(nèi)層與外層之間通過沿徑向互成120°的筋板連接;然后利用澳大利亞國立大學(xué)的掃描電鏡和激光切割技術(shù)對絲瓜絡(luò)纖維的微結(jié)構(gòu)進行觀測;進而對絲瓜絡(luò)段試樣進行壓縮實驗測定其各項力學(xué)參數(shù)(等效彈性模量約為8.79MPa),并利用曲線擬合方法給出了等效彈性模量與密度的解析公式�！せ诮z瓜絡(luò)微結(jié)構(gòu)特征,采用蜂窩六邊形對其孔隙進行簡化,并利用三維軟件—Pro/E設(shè)計出這種新型超輕仿生結(jié)構(gòu)材料。利用3D打印技術(shù)以ABS-M30為原料制造出這種仿生結(jié)構(gòu),并對其進行壓縮實驗,測定等效彈性模量為166.9~180.59MPa�！み\用Abaqus有限元軟件,采用雙層夾板三明治結(jié)構(gòu)對以ABS-M30為材料參數(shù)的仿生結(jié)構(gòu)進行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮及穩(wěn)定性數(shù)值仿真。計算出其等效彈性模量為133.21MPa,一階屈曲臨界載荷為1064.8N。另外,本文也對仿生結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)過程進行數(shù)值模擬,以純鋁為材料參數(shù),計算出等效熱傳導(dǎo)系數(shù)為6.35W/(m·K)。
[Abstract]:In the face of complex and diverse engineering structures, engineering materials are required not only to have high strength and stiffness, but also to be lightweight and save materials. The structure of natural organisms is the result of natural selection and evolution of life for billions of years and has excellent mechanical properties. The design theory of bionic structural materials is to find out the fine structure of objects through the macroscopic and microscopic characteristics of graduate students. The main purpose of this paper is to study the bionic structure of luffa lucifera by analyzing the microstructural characteristics of natural loofah, and to design a new porous structure material similar to foam metal, and then to calibrate its mechanical and thermal conductivity. The main research contents include the following three parts: studies on the microstructures of loofah. The deep study on the structure of loofah is the basis of bionic structure design. Therefore, this paper firstly describes the macroscopic geometry of loofah, and points out that the main macroscopic morphology of loofah can be regarded as the foam structure with double holes. The inner layer and the outer layer are connected with each other by a stiffened plate 120 擄along the radial direction. Then the microstructure of luffa was observed by scanning electron microscope and laser cutting technique of Australian National University. Then the mechanical parameters (equivalent modulus of elasticity is about 8.79MPa) were measured by compression experiments. The analytical formulas of equivalent elastic modulus and density were given by means of curve fitting, based on the microstructural characteristics of loofah. The porosity of honeycomb hexagonal is simplified, and the new ultra-light bionic structure material is designed by using three-dimensional software Pro/E. The bionic structure was fabricated by using 3D printing technology using ABS-M30 as raw material, and its compression experiment was carried out. The equivalent modulus of elasticity was determined to be 166.9 ~ 180.59 MPa. Abaqus finite element software was used. The quasi-static compression and stability numerical simulation of bionic structure with ABS-M30 as material parameter was carried out by using sandwich structure with double layer splint. The equivalent elastic modulus is 133.21 MPA and the first order buckling critical load is 1064.8 N. In addition, the thermal conduction process of bionic structure is numerically simulated. Using pure aluminum as material parameter, the equivalent heat conduction coefficient is calculated to be 6.35W/ (m K).
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB12

【參考文獻】

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本文編號：2352988