基于蜻蜓翅膀仿生的褶皺肋環(huán)型薄殼結構研究.pdf

1、結構仿生作為建筑仿生的重要分支，它是將自然界經(jīng)億萬年進化而來的優(yōu)化生物體內(nèi)部結構特性應用于建筑結構設計中的前沿學科。目前，國內(nèi)外對蜻蜓翅膀的研究表明，蜻蜓翅膀的褶皺截面能大幅度增強蜻蜓翅膀剛度，翅膜與翅脈共同工作，使蜻蜓翅膀更有效承受飛行過程中所受的各種作用。本文將蜻蜓翅膀結構仿生原理應用于肋環(huán)型網(wǎng)殼結構中，并對其進行研究。
　　 本文以鋼網(wǎng)格模擬翅脈，復合材料板模擬翅膜，形成薄殼與鋼網(wǎng)架共同作用的結構體系。利用Ansys11.

2、0軟件對該結構體系研究，采用8節(jié)點等參數(shù)殼單元shell93模擬復合材料殼體和3節(jié)點等參數(shù)梁單元beam189模擬桿件，以滿足殼體和周邊網(wǎng)格間的變形協(xié)調性。在不同殼體材料、殼體厚度、矢跨比、褶皺程度情況下，并考慮殼體變形的幾何非線性，對肋環(huán)型網(wǎng)殼結構的豎向位移進行分析對比。研究表明，有殼的肋環(huán)型網(wǎng)殼整體剛度比無殼的肋環(huán)型網(wǎng)殼整體剛度大。在幾種復合材料中，碳纖維/環(huán)氧樹脂殼體對結構剛度貢獻最大；殼體厚度影響應力剛化效應，在一定厚度范圍內(nèi)，

3、應力剛化效應增強幅度隨殼體厚度減少而增加，當厚度超出該范圍時，應力剛化效應增強幅度隨殼體厚度減小而減??；對于不同矢跨比的網(wǎng)殼結構，矢跨比增大，則結構剛度增大，但材料用量增加，殼體應力剛化效應減弱。綜合考慮拱作用、材料用量以及應力剛化效應選出合理的矢跨比；蜻蜓翅膀的褶皺結構能提高翅膀剛度，使蜻蜓翅膀能抵御飛行過程中的復雜作用。網(wǎng)殼不同褶皺程度的肋環(huán)型網(wǎng)殼結構的分析表明，調整褶皺程度能減小頂點豎向位移，使各節(jié)點位移趨于均勻，并有所減少，這說