基于豬籠草滑移區(qū)表面的工程仿生建模與優(yōu)化設計.pdf

1、豬籠草主要產于熱帶，是一種特別的植物，它的捕蟲籠能捕食昆蟲的特性讓很多研究者都很感興趣。有些研究者已經(jīng)對捕蟲籠內表面的超滑特性以及表面微結構進行了研究，并模仿其內表面進行了仿生設計。多數(shù)研究都是從物理方面和化學方面對豬籠草進行討論的，對其幾何非光滑表面結構的系統(tǒng)研究并不多。本文根據(jù)豬籠草滑移區(qū)表面的特殊結構，對昆蟲表現(xiàn)出的良好滑移功能。利用3D掃描儀對豬籠草的葉籠進行了掃描并獲取了三維結構參數(shù)，再利用MATLAB對其進行空間插值擬合，構

2、建了豬籠草葉籠表面的數(shù)學描述式，從而獲得豬籠草滑移區(qū)表面的數(shù)學模型。再利用掃描電子顯微鏡對豬籠草滑移區(qū)表面結構進行觀測，獲得滑移區(qū)內表面的結構數(shù)據(jù)，基于該數(shù)據(jù)與最小二乘法建立仿生表面的優(yōu)化模型，并利用拉格朗日乘子法求解得出豬籠草滑移區(qū)仿生表面的數(shù)學表達式。
　　首先，本文介紹了研究對象豬籠草和仿生學的有關知識，以及優(yōu)化模型與求解算法。然后，闡述論文的研究內容和結果：第一，利用3D掃描儀對豬籠草的葉籠進行了掃描并獲取了三維結構數(shù)據(jù)，

3、基于此數(shù)據(jù)用MATLAB對其進行空間插值擬合，構建了豬籠草葉籠幾何結構的數(shù)學建模；第二，利用掃描電子顯微鏡對豬籠草滑移區(qū)表面結構進行觀測，發(fā)現(xiàn)豬籠草能捕捉害蟲的功能主要表現(xiàn)在滑移區(qū)表面上覆蓋著兩端向下彎曲的新月體；第三，對新月體的表面結構進行測量，獲得滑移區(qū)內表面的結構數(shù)據(jù)，基于該數(shù)據(jù)與最小二乘法建立仿生表面的優(yōu)化模型，并利用拉格朗日乘子法求解得出新月體仿生表面的數(shù)學表達式；第四，根據(jù)新月體仿生表面的數(shù)學表達式以及新月體在豬籠草滑移區(qū)表