基于ANSYS的竹象虫头管仿生模型抗扭转分析

• 作者: 佟金 李默 许顺 马云海
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 农学
• 关键词: 仿生 有限元法 模型 多层复合管 竹象虫 扭矩
• 年，卷（期）: 2016,（12）
• 所属期刊栏目: 农业装备工程与机械化
• 页码范围: 11-16
• 页数: 6页
• 分类号: S222.52
• 字数: 4046字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.12.002

摘要

多层复合管在工程领域中应用广泛,但对其抗扭性质研究却较匮乏.为揭示竹象虫头管的抗扭转机理,该文利用电子扫描显微镜、X射线能谱仪和纳米压痕测试仪对竹象虫头管的内部结构、组成成分和纳米力学特性进行了分析.结果得出,竹象虫头管是由组织形貌、成分、力学性质各异的多种结构组成的多层中空复合管,其中外层主要为致密的几丁质,内层根据组织形貌又可分为轴向层和周向层,轴向层由片状脂类或糖类聚合物排列而成,周向层主要由纤维-蛋白基质排列而成,加强筋径向分布在管壁中,贯通多个轴向和周向层.其中,周向层的弹性模量、硬度和刚度最大.在头管结构研究的基础上,建立了仿生管模型,并采用ANSYS有限元软件对仿生管模型进行扭转分析,揭示了竹象虫头管多层排列的合理性.同时优化结果表明,提高内层材料的弹性模量,可以增加多层复合管的抗扭能力.该研究可为多层复合管抗扭转能力的增强设计提供参考.