锹甲虫鞘翅强韧机理研究

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1、锹甲虫鞘翅强韧机理研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：吴晓东指导老师：陈斌教授专业：力学学科门类：工学重庆大学航空航天学院二O一七年五月InvestigationsofStrengthening-tougheningMechanismsofStagBeetleElytraAThesisSubmittedChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByWuXiaodongSupervisedbyProf.ChenBinSpecialt

2、y:MechanicsCollegeofAerospaceEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2017重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要本文通过扫描电镜观察实验、理论模型分析、有限元计算及仿生实验，研究了锹甲虫鞘翅微结构的强韧机理。论文完成了如下研究内容并得到了相关有益的结论：⑴实验观察了锹甲虫的鞘翅断面，发现以下微结构：①有间隙感觉毛-孔洞结构；②纤维螺旋铺层结构；③刺状微纤维结构；④矩形纤维微结构；⑤纤维连续双锥度支柱结构；⑥纤维螺旋缠绕圆柱体支柱结构。⑵分别建立有间隙感觉毛-孔洞结构和无间隙感觉毛-孔洞

3、结构的ABAQUS有限元分析模型，对比分析了这两种结构的受力特性，研究表明有间隙毛-孔结构能增强感觉毛与表皮的应力集中，从而提高锹甲虫感知外界应力变化的能力；⑶用分形理论对鞘翅中裂纹分叉和裂纹沿螺旋铺层结构、刺状纤维结构、矩形纤维结构的扩展路径进行了分析计算，证明了鞘翅中的这些裂纹分叉和特殊纤维层、纤维微结构对增强鞘翅的强韧性有重要作用；⑷用二维欧拉公式和三维欧拉公式分析了锹甲虫鞘翅中纤维连续双锥度支柱和纤维螺旋缠绕圆柱体支柱中纤维的脱粘过程，通过参数分析研究了支柱锥度角、纤维螺旋升角等因素对纤维脱粘力的影响，揭示了鞘翅特殊支柱微结构的强韧机理；⑸模仿锹甲虫鞘翅中纤维的螺

4、旋铺层结构，制备了仿生螺旋铺层复合材料板和用于比较的平行铺层复合材料层合板，并用三点弯曲实验测试了它们的抗弯性能，结果表明仿生螺旋铺层复合材料板具有较高的抗弯性能，且相比平行铺层结构具有更好的适应复杂外部载荷的能力。关键词：鞘翅，分形，微结构，脱粘力，强韧机理I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTInthispaper,thestrengthandtougheningmechanismsofthemicrostructureofelytraofstagbeetleisstudiedbytheobservationofscanningelectronmicrosco

5、py(SEM),analysesoftheoreticalmodel,calculationsoffiniteelementandbionicexperiments.Followingworksarecompletedandsomeusefulconclusionsareobtained.⑴Themicrostructuresoftheelytraofstagbeetle,areobservedbyscannin