樊健美
材料开发与应用
甲虫鞘翅是微细结构高度优化的自然结构复合材料,具有优良的力学性能.对甲虫鞘翅的微细结构和力学行为进行研究并用于复合材料,将对复合材料的开发提供有益的设计思想.本文综述了关于昆虫鞘翅的微细结构、力学行为和仿生复合材料方面的研究现状.
关键词:
鞘翅
,
微细结构
,
力学行为
,
复合材料
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
窦君智
,
郭策
,
戴振东
复合材料学报
研究了东方龙虱去除外表皮后的鞘翅内表皮层及其鞘翅断面的力学性能。利用纳米压痕仪测得鞘翅内表皮层硬度和弹性模量分别为（0.065±0.007）GPa和（0.704±0.013）GPa,均远远小于鞘翅外表皮层的硬度和弹性模量。鞘翅断面的力学性能测试结果表明：在鞘翅横断面上,靠近联接部位的硬度和弹性模量略大于鞘翅中部和外侧;而在鞘翅纵向断面上,鞘翅中部的硬度和弹性模量明显大于头部和尾部,其断面力学性能呈现一定的分布规律。
关键词:
鞘翅
,
纳米压痕技术
,
内表皮层
,
断面
,
硬度
,
弹性模量
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
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
