基于蜻蜓翅膀仿生的褶皺肋環(huán)型薄殼結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)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(jìn)化而來的優(yōu)化生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的前沿學(xué)科。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)蜻蜓翅膀的研究表明，蜻蜓翅膀的褶皺截面能大幅度增強(qiáng)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(jié)構(gòu)仿生原理應(yīng)用于肋環(huán)型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，并對(duì)其進(jìn)行研究。
　　 本文以鋼網(wǎng)格模擬翅脈，復(fù)合材料板模擬翅膜，形成薄殼與鋼網(wǎng)架共同作用的結(jié)構(gòu)體系。利用Ansys11.

2、0軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)體系研究，采用8節(jié)點(diǎn)等參數(shù)殼單元shell93模擬復(fù)合材料殼體和3節(jié)點(diǎn)等參數(shù)梁?jiǎn)卧猙eam189模擬桿件，以滿足殼體和周邊網(wǎng)格間的變形協(xié)調(diào)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(duì)肋環(huán)型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的豎向位移進(jìn)行分析對(duì)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(fù)合材料中，碳纖維/環(huán)氧樹脂殼體對(duì)結(jié)構(gòu)剛度貢獻(xiàn)最大；殼體厚度影響應(yīng)力剛化效應(yīng)，在一定厚度范圍內(nèi)，

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