杨志贤
,
王卫英
,
虞庆庆
,
戴振东
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2007.02.017
研究了4种甲虫(白星花金龟、东方龙虱、独角仙、毛黄鳃金龟)鞘翅的材料力学参数及其微结构.鞘翅截面微观结构观察表明,这4种甲虫鞘翅均由鞘翅背壁、中空夹芯层和鞘翅腹壁构成,背、腹壁之间由桥墩状几丁质纤维空心柱体结构连接,两鞘翅间以凹凸啮合结构联接.用纳米压痕仪测得这4种甲虫鞘翅背壁致密层的弹性模量均值分别为9.08、8.21、4.76、6.00 GPa,硬度分别为0.44、0.48、0.18、0.18 GPa.用多功能材料性能实验机测定白星花金龟、东方龙虱、独角仙鞘翅之间的联接强度分别为46.43、7.38、11.34 mN/mm.该研究为轻质结构的设计提供了仿生学基础.
关键词:
鞘翅
,
材料力学参数
,
空心柱体
,
凹凸啮合结构
,
联接强度
杨志贤
,
戴振东
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2008.02.001
在经过长达百万年的进化过程中,甲虫类生物材料形成了具有优异力学性能的优化的结构设计,精巧而强韧的材料拓扑几何和满足多功能需求的表面结构,成为当今材料仿生学新的研究对象之一.本文中从仿生学的角度出发,对甲虫生物材料的微细结构、力学性能测试、功能形态学及材料几何构型拓扑等方面,回顾了近年来国内外对甲虫的脚爪、鞘翅及飞行翅等甲虫生物材料的研究状况和进展,并探讨了在各项研究中存在的问题及今后该领域的重点研究方向.
关键词:
生物材料
,
甲虫
,
力学性能
,
几何构型
,
仿生学
杨志贤
,
许迪初
,
骆利芹
,
戴振东
,
郭策
复合材料学报
利用SEM对独角仙鞘翅的微结构进行了观测,并借助纳米压痕仪测试分析了鞘翅的纳米力学性能.SEM试验表明独角仙鞘翅是一种具有拱形空腔的中空轻质生物复合材料,其断面占空比为26.36％.鞘翅由外表皮和内表皮构成,而内表皮又通过11～12层纤维层采用45°角正交叠加铺设,层间辅以许多微纤维丝交叉连接方式编织在一起,形成层合板结构.试验测得鞘翅外表皮纳米力学性能分别为:硬度(0.28±0.13) GPa,弹性模量(5.62±1.21) GPa,接触刚度(1.67±0.14)×104 N/m.其纳米力学性能呈现拓扑分布规律,由头部至尾部区域有增大趋势.试验测试结果为后续研究中设计一种基于独角仙鞘翅的新型轻质仿生结构提供了仿生学模型和理论参考.
关键词:
独角仙
,
鞘翅
,
微结构
,
中空轻质结构
,
纳米力学性能
张超
,
周晔欣
,
杨志贤
,
许晓静
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20151106.004
考虑界面脱粘表面压应力下摩擦力对材料界面力学性能的影响,建立损伤-摩擦相结合的界面本构模型,编写用户材料子程序VUMAT,实现其在有限元软件ABAQUS中的嵌入.基于周期性胞元分析思想,在单胞模型中纤维束/基体、纤维束/纤维束分界面引入界面单元,结合损伤-摩擦相结合的界面本构模型,建立含界面相三维四向编织复合材料的细观有限元模型.模拟典型载荷下界面损伤的起始和扩展过程,分析界面应力传递和界面破坏机理,研究界面性能对复合材料宏细观力学性能的影响规律,为实现三维四向编织复合材料界面性能优化设计和控制提供参考.
关键词:
三维四向编织
,
复合材料
,
界面
,
损伤机制
,
数值分析
杨志贤
,
戴振东
,
王卫英
复合材料学报
研究了东方龙虱(雄性)抱握足上吸附脚掌的形态结构、吸附机制及其在2种不同表面的吸附特性.扫描电镜观察发现其吸附脚掌由4排吸附结构及其外围的吸附刚毛群构成,其吸附结构由约15个"鞋垫"状微吸盘平行并排构成一体.吸附机制为微吸盘的真空负压吸附和刚毛群的范德华力粘附.实验测定吸附脚掌在东方龙虱鞘翅表面和玻璃表面产生的最大法向吸附力为53.3 mN,最大切向吸附力为213.5 mN.在2种表面上(干、湿状态)其切向吸附力均远大于法向吸附力,大约是法向吸附力的6～8倍,同时吸附脚掌在湿表面的切向吸附力比干表面大得多,法向吸附力却相反.法向吸附力主要由刚毛群的范德华力产生,而切向吸附力由真空吸附和范德华力共同产生.
关键词:
东方龙虱
,
吸附脚掌
,
形态学
,
吸附特性
,
仿生机器人
杨志贤
,
于娜
,
刘泽华
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20140916.001
为设计并开发轻量型仿生复合材料,分析了东方龙虱鞘翅断面的微观结构,发现龙虱鞘翅的内部空腔结构为非贯通球形空腔.受龙虱鞘翅独特结构的启发设计了一种轻质仿生结构,球形空腔以正六边形的形式分布于该结构内部.为考察该仿生结构的力学特性,引入了两种常见的中空结构,并借助有限元分析软件ANSYS分别对该仿生结构和其他两种常见的中空结构的压缩、拉伸及弯曲性能进行了有限元分析和对比研究.结果表明:该仿生结构较其他两种常见的中空结构具有更强的抗压能力、抗拉能力及更高的屈服强度,力学性能优异.该仿生结构在材料结构方面为研制新型仿生复合材料提供了仿生学参考.
关键词:
鞘翅
,
仿生结构
,
非贯通空腔
,
力学性能
,
有限元分析
