自然界中巨嘴鳥的喙是一種“三明治”復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu),在自然進(jìn)化過(guò)程中,因覓食和筑巢等功能需求,巨嘴鳥喙具有優(yōu)異的力學(xué)性能,是典型的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu),其密度僅為0.1g/cm³,目前已成為理想的仿生對(duì)象。本文以巨嘴鳥喙的微觀結(jié)構(gòu)為仿生模板,在對(duì)巨嘴鳥喙內(nèi)部微結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)與分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出仿巨嘴鳥喙的單胞微結(jié)構(gòu)型式以及仿巨嘴鳥喙的復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu),并對(duì)其力學(xué)性能開展了深入研究。利用基于定義的有限元方法,通過(guò)對(duì)單胞結(jié)構(gòu)的分析預(yù)測(cè)其宏觀力學(xué)性能。分別對(duì)仿生單胞結(jié)構(gòu)和經(jīng)典Gibson–Ashby閉孔泡沫模型進(jìn)行建模,使用有限元分析軟件ANSYS workbench對(duì)壓縮載荷及剪切載荷條件下兩種單胞結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行分析和比較,結(jié)果表明仿生單胞結(jié)構(gòu)的比彈性模量及比剪切模量均更優(yōu)越。對(duì)仿生單胞模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),以最小質(zhì)量、最小等效應(yīng)力及最大約束反力為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得了夾芯結(jié)構(gòu)單元的最優(yōu)尺寸參數(shù),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)仿巨嘴鳥喙夾芯板梁結(jié)構(gòu)。選取工程實(shí)際中常用的兩種蜂窩夾芯排列方式,并通過(guò)有限元分析選擇抗彎性能較好的蜂窩夾芯板梁作為與仿巨嘴鳥喙復(fù)合夾芯板梁進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比分析... 

【文章來(lái)源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及其意義
    1.2 復(fù)合夾芯板材料的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 仿生復(fù)合夾芯板研究現(xiàn)狀
    1.4 巨嘴鳥喙結(jié)構(gòu)性能研究現(xiàn)狀
    1.5 課題來(lái)源、研究目標(biāo)和內(nèi)容
        1.5.1 課題來(lái)源
        1.5.2 研究?jī)?nèi)容
第二章 仿巨嘴鳥喙的微結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 巨嘴鳥喙形態(tài)結(jié)構(gòu)特征研究
    2.3 鳥喙的力學(xué)特性
    2.4 仿生單胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 仿巨嘴鳥喙結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究
    3.1 引言
    3.2 周期性結(jié)構(gòu)等效彈性能研究方法
    3.3 有限元仿真分析概述
    3.4 邊界條件的處理
        3.4.1 壓縮載荷作用下的邊界條件
        3.4.2 剪切載荷作用下的邊界條件
    3.5 實(shí)例驗(yàn)證
        3.5.1 蜂窩結(jié)構(gòu)的等效彈性模量
        3.5.2 蜂窩結(jié)構(gòu)的等效剪切模量
    3.6 仿巨嘴鳥喙結(jié)構(gòu)的等效力學(xué)性能預(yù)測(cè)
        3.6.1 等效彈性性能的預(yù)測(cè)及對(duì)比分析
        3.6.2 等效剪切性能的預(yù)測(cè)及對(duì)比分析
    3.7 本章小結(jié)
第四章 仿巨嘴鳥喙單胞結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化及仿生夾芯板設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 優(yōu)化方法與步驟
    4.3 設(shè)計(jì)變量及優(yōu)化目標(biāo)
    4.4 響應(yīng)面計(jì)算結(jié)果及分析
    4.5 基于巨嘴鳥喙結(jié)構(gòu)的夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.6 蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.7 本章小結(jié)
第五章 芯板板梁結(jié)構(gòu)試樣的制備及力學(xué)性能測(cè)試
    5.1 引言
    5.2 兩種夾芯板梁試樣的制備
        5.2.1 基于3D打印技術(shù)的夾芯結(jié)構(gòu)的制備
        5.2.2 環(huán)氧樹脂基碳纖維面板的制備及粘合
    5.3 夾芯板試樣的抗彎性能測(cè)試及分析
        5.3.1 試驗(yàn)儀器及其設(shè)置
        5.3.2 夾芯板試樣的抗彎性能測(cè)試結(jié)果及分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)及展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 前景與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及參與項(xiàng)目


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和響應(yīng)面方法的九索并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 鄭昱,孟凡偉,楊占立,易旺民.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2017(17)
[2]光固化3D打印快速成型技術(shù)[J]. 周鵬,郭龍,賴書城,馬玲,周倩,司朝維.  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù). 2017(04)
[3]技術(shù)突破 西門子3D打印出燃?xì)鉁u輪葉片[J]. 李曉娜.  計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò). 2017(07)
[4]基于響應(yīng)面分析的雙主軸龍門銑床橫梁截面優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 楊建交,趙慧,張俊,王奎章.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2017(03)
[5]基于響應(yīng)面法的聽小骨消聲器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 程軍圣,余淏.  湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(02)
[6]基于響應(yīng)面法的薄壁機(jī)匣加筋肋優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 艾延廷,趙婷,田晶,辛明.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2017(01)
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博士論文
[1]甲蟲鞘翅材料微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及聯(lián)接機(jī)制的研究[D]. 楊志賢.南京航空航天大學(xué) 2009
[2]仿生層狀結(jié)構(gòu)殼聚糖醫(yī)用材料的研究[D]. 胡巧玲.浙江大學(xué) 2004

碩士論文
[1]三維打印貝殼仿生結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究[D]. 馬驍勇.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[2]密質(zhì)骨多級(jí)微結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌機(jī)理[D]. 張智凌.重慶大學(xué) 2014
[3]基于碳纖維復(fù)合材料的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)及力學(xué)性能研究[D]. 江小婷.南京航空航天大學(xué) 2014
[4]碳纖維管狀立體織物復(fù)合材料機(jī)械性能的實(shí)驗(yàn)與研究[D]. 徐方.東華大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3191577