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超薄悬挑仿生结构的性能研究

作　者: 黄文超
导　师: 徐志洪
学　校: 南京理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 蜻蜓翅膀仿生逆向工程有限元分析超薄悬挑结构
分类号: TB17
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 24次
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内容摘要

蜻蜒翅膀是一种完美的结构,它质量轻、跨度大,相对承载能力强,是仿生结构最好的参照物。本文研究了蜻蜒翅膀的静力学和动力学特性,并以此为基础,提出了一种超薄悬挑仿生结构的设计。本文的研究内容如下：(1)专门设计了一套微力测试系统,用该系统测量了蜻蜒翅膀翅脉和翅膜的弹性模量。(2)利用3DSS系列光学扫描仪对蜻蜒翅膀扫描,得到翅膀点云,经过逆向工程软件Geomagic对点云的处理,得到翅膀曲面,再用Pro/E重新构造,得到了蜻蜒翅膀的三维模型。把模型导入ANSYS中,得到三维有限元模型,(3)用梁单元Beam189模拟翅脉,壳单元Shell43模拟翅膜,用ANSYS研究分析了膜翅模型、有脉无膜模型和有膜无脉模型三种模型,得到了三种模型的应力、应变和变形特性,并对三种模型力学性能比较,总结出蜻蜒翅膀的优越性。(4)用实验方法和有限元方法分析蜻蜒翅膀动力学特性,用多普勒测振仪测量了蜻蜒翅膀的前三阶固有频率和振型,和有限元计算出来的相比较,两者固有频率比较接近,振型基本上是相同的,一阶振型是竖向弯曲,二阶振型是弯曲和围绕竖向中心线扭转,三阶振型是围绕竖向中心线扭转。(5)基于上面的研究成果,提出了六种超薄悬挑仿生结构模型,对这六种模型在集中力作用下进行力学分析,比较了各自的变形,从中得出了比较实际优越的模型。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-19
  1.1 仿生学  10
  1.2 建筑仿生学的研究与现状  10-13
    1.2.1 结构仿生  10-12
    1.2.2 形态仿生  12-13
    1.2.3 功能仿生  13
  1.3 建筑仿生的意义  13-14
  1.4 蜻蜓翅膀的结构和研究现状  14-18
    1.4.1 蜻蜓翅膀结构  14-15
    1.4.2 蜻蜓翅膀研究现状  15-18
  1.5 本文的主要工作  18-19
2 蜻蜓翅膀弹性模量的测量  19-26
  2.1 实验仪器和样品制备  19-23
    2.1.1 实验仪器  19-22
    2.1.2 样品制备  22-23
  2.2 实验方案  23-24
  2.3 测量结果  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 基于逆向工程和Pro/E的蜻蜓翅膀三维几何模型重构  26-38
  3.1 逆向工程技术  26-32
    3.1.1 逆向工程定义  26-27
    3.1.2 逆向工程数据采集系统  27-28
    3.1.3 逆向工程CAD建模系统  28-30
    3.1.4 Geomagic软件  30-31
    3.1.5 Pro/E软件  31-32
  3.2 试验设备  32
  3.3 样品制备  32-33
  3.4 蜻蜓翅膀立体扫描及模型重构  33-36
    3.4.1 蜻蜓翅膀扫描  33
    3.4.2 蜻蜓翅膀数据平滑  33-35
    3.4.3 蜻蜓翅膀数据精简  35
    3.4.4 蜻蜓翅膀模型重构  35-36
  3.5 Pro/E重新造型  36
  3.6 本章小结  36-38
4 蜻蜓翅膀有限元静力学分析  38-50
  4.1 蜻蜓翅膀有限元模型建立  38-39
    4.1.1 量纲、尺寸和载荷说明  38
    4.1.2 有限元模型的建立  38-39
  4.2 蜻蜓翅膀有限元模型的力学性能分析  39-49
    4.2.1 蜻蜓膜翅有限元模型  39-43
    4.2.2 有脉无膜有限元模型  43-45
    4.2.3 有膜无脉有限元模型  45-49
  4.3 本章小结  49-50
5 蜻蜓翅膀动力学参数测量计算及其分析  50-62
  5.1 模态分析  50
  5.2 模态分析过程  50-51
  5.3 实验样品  51
  5.4 实验仪器  51-53
    5.4.1 单点测量仪器  51-52
    5.4.2 多点测量仪器  52-53
  5.5 实验过程  53-54
  5.6 实验结果  54-59
    5.6.1 固有频率测试结果  54-57
    5.6.2 模态测试结果  57-59
  5.7 有限元模态分析  59-60
    5.7.1 有限元法的基本思想  59
    5.7.2 计算模态分析  59-60
  5.8 讨论  60-61
  5.9 本章小结  61-62
6 超薄悬挑结构仿生  62-68
  6.1 引言  62
  6.2 仿生结构计算模型  62-63
  6.3 有限元基本参数  63-64
  6.4 六种模型的力学性能分析  64-67
  6.5 本章小结  67-68
7 总结与展望  68-70
  7.1 总结  68-69
  7.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74

超薄悬挑仿生结构的性能研究

内容摘要

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