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巴西龟壳结构与性能

作　者: 谷翠云
导　师: 佟金
学　校: 吉林大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 巴西龟显微结构力学性能显微硬度磨料磨损壳结构逆向工程有限元
分类号: Q811
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 207次
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内容摘要

采用体视显微镜对巴西龟(Trchemys scripta elegans)壳的表面形貌和结构进行了分析,采用扫描电子显微镜分析了龟壳的显微结构,测定并比较龟壳背甲和腹甲的元素成分。采用显微硬度计测量了龟壳背甲和腹甲的维氏硬度。采用材料试验机对龟壳进行拉伸和弯曲试验,分析其力学行为。利用JMM型土壤磨料磨损试验机对龟壳材料进行了磨料磨损研究,探索其磨损机理。分别采用Catia和Imageware两种软件,基于逆向工程技术建立了龟壳背甲结构模型。利用有限元分析软件ANSYS对龟壳背甲建立了有限元模型,选取龟壳背甲长宽相同的板材结构有限元模型,施加载荷,进行模拟分析和比较。本工作可为薄壳结构材料的仿生设计以及建筑设计等方面提供理论参考。

全文目录

提要  4-8
第一章绪论  8-22
  1.1 概述  8-9
  1.2 几种天然生物材料及其仿生研究  9-14
    1.2.1 贝壳珍珠层  9-10
    1.2.2 蜜蜂巢房  10-11
    1.2.3 木材  11-12
    1.2.4 竹材  12-13
    1.2.5 骨  13-14
  1.3 几种天然生物材料的摩擦学行为  14-18
    1.3.1 竹材磨损  15
    1.3.2 贝壳材料的摩擦与磨损  15-16
    1.3.3 穿山甲鳞片的摩擦与磨损  16-17
    1.3.4 羽毛的磨损  17-18
  1.4 磨料磨损概述  18
  1.5 仿生摩擦学  18-19
  1.6 巴西龟简介  19-20
    1.6.1 巴西龟的结构形态  19-20
    1.6.2 巴西龟的生活习性和繁殖行为  20
  1.7 本论文的主要研究工作  20-22
第二章巴西龟壳表面结构及轮廓  22-32
  2.1 龟壳表面结构观察  22-24
    2.1.1 体视显微镜的工作原理与特点  22-23
    2.1.2 巴西龟壳表面结构与分析  23-24
  2.2 巴西龟壳外形尺寸与轮廓分析  24-31
    2.2.1 OLYCIAp3 图像分析系统简介  24-25
    2.2.2 巴西龟壳盾片角度测量  25-27
    2.2.3 龟壳外轮廓线的测量和模拟  27-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章巴西龟壳的断面结构、成分与材料硬度  32-43
  3.1 生物矿化  32-33
  3.2 巴西龟壳断面显微结构分析  33-36
    3.2.1 扫描电子显微镜的工作原理与特点  33-34
    3.2.2 龟壳断面显微结构分析  34-36
  3.3 龟壳成分分析  36-38
    3.3.1 试验仪器及方法  36
    3.3.2 龟壳成分测量结果与分析  36-38
  3.4 龟壳的硬度试验与分析  38-42
    3.4.1 维氏硬度测试原理与设备  39-40
    3.4.2 材料选取及测量方法  40
    3.4.3 龟壳维氏硬度测量结果及分析  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章巴西龟壳的拉伸和弯曲力学性能  43-52
  4.1 巴西龟壳的拉伸力学性能测试  43-48
    4.1.1 试验设备  43-44
    4.1.2 试验方法  44
    4.1.3 试验结果及分析  44-48
  4.2 龟壳的弯曲力学性能  48-50
    4.2.1 材料与试验方法  49
    4.2.2 试验结果及讨论  49-50
  4.3 本章小结  50-52
第五章巴西龟壳的磨料磨损性能测试  52-64
  5.1 试验条件  52-53
  5.2 试验设备  53-54
  5.3 材料与试验方法  54-55
  5.4 试验结果与分析  55-63
    5.4.1 磨料粒子尺寸对磨损性能的影响  56-58
    5.4.2 滑动速度对磨损性能的影响  58-60
    5.4.3 磨料磨损与滑动距离的关系  60-62
    5.4.4 土壤磨料磨损机理分析  62-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章基于逆向工程技术的巴西龟壳模型建立  64-81
  6.1 逆向工程技术  64-69
    6.1.1 逆向工程常用测量技术  64-66
    6.1.2 逆向工程技术常用的曲面建构形式  66-67
    6.1.3 三维几何模型重构的理论基础  67-69
  6.2 龟壳外表面形貌测量和数据获取  69-72
    6.2.1 试验样品的采集和预处理  69-70
    6.2.2 LSV50 型三维激光扫描系统的基本原理  70
    6.2.3 龟壳背甲数据的获取  70-72
  6.3 巴西龟壳背甲结构模型的建立  72-80
    6.3.1 龟壳背甲结构模型在CATIA 软件中的建立  72-76
    6.3.2 龟壳背甲结构模型在Imageware 软件中的建立  76-80
  6.4 本章小结  80-81
第七章巴西龟壳背甲的有限元模型建立与分析  81-94
  7.1 有限元法简介  81-83
    7.1.1 有限元法的基本概念  81-82
    7.1.2 有限元法的基本思想  82-83
  7.2 ANSYS 软件简介  83-90
    7.2.1 ANSYS 软件的功能  83-87
    7.2.2 ANSYS 界面介绍  87-88
    7.2.3 结构静力分析  88-90
  7.3 巴西龟壳结构的有限元模型建立  90-93
    7.3.1 设置单元属性  90
    7.3.2 对实体模型进行网格划分  90-91
    7.3.3 施加集中力  91-93
  7.4 本章小结  93-94
第八章结论与展望  94-97
  8.1 结论  94-95
  8.2 展望  95-97
参考文献  97-104
致谢  104-105
摘要  105-107
ABSTRACT  107-110
导师及作者简介  110-115

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