悬臂梁弯曲仿真模拟与分析(机械专业本科生毕业设计)..doc

本科生毕业论文（设计） 题 目 悬臂梁弯曲仿真模拟与分析 学 院 机电工程学院 专业班级 学生姓名 指导教师 撰写日期：年 月 日 要详细的毕业论文请联系QQ1033626173 摘 要 植物结构仿生是在仿生学的基础上发展起来的，通过研究自然界植物系统的优异结构和功能特征，并有选择性的在设计过程中应用这些结构原理和特征进行设计。论文仿照小麦茎秆的结构，建立仿生模型——特殊的内外壁中分布维管束结构，并对其施加载荷，研究其在荷载作用下的最大应力，并分析不同弹性模量、壁厚/外径对最大应力及变形的影响特点，为结构的改进和应用提供理论依据。利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析表明：在同一荷载作用下，弹性模量越大，应力值越大，变形越小；壁厚/外径比值越大，应力值越小，变形越小。 关键词:仿生 植物 结构 应力 变形 ANSYS/LS-DYNA 目 录 1 引言 1 2 仿生设计 2 2.1仿生设计的概念 2 2.2 仿生设计的主要特点 3 2.3仿生设计的历史和发展 4 2.4 仿生设计的意义 6 3 建立有限元模型及结果分析 6 3.1 ANSYS/ LS-DYNA简介 6 3.2三维模型的建立 7 3.3 定义单元类型、实常数 10 3.4 定义材料模型 13 3.5 划分网格 14 3.6 设置边界条件约束及加载 17 3.7 控制设置 21 3.8 求解 23 3.9 查看求解结果 23 3.10 对比组1：弹性模量对弯曲变形的影响 26 3.11 对比组2：壁厚/外径对弯曲变形的影响 29 3.12 模拟结果与理论公式进行比较分析 32 4 结束语 33 参考文献......................................................................................................................35 1 引言 经过数十亿年的进化，生物结构具有了优良的性能和巧妙的外形，它为我们提供了创新的原型、解决工程问题和改进设计的创造性方法。仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到了高度的统一，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。2 仿生设计 2.1 仿生设计仿生设计学,亦可称之为设计仿生学（Design Bionics）,它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，主要涉及到数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机。 2.2 仿生设计的主要特点 作为一门新兴的边缘交叉学科，仿生设计学具有某些设计学和仿生学的特点，但他又有别与这两门学科。具体说来，仿生设计学具有如下特点： 2.3 仿生设计的历史2.4 仿生设计的意义 仿生设计使现代工业设计能够更好地满足市场和消费的个性化需求。仿生设计对丰富多样的自然生物的模拟和再创造，带来了丰富多彩的设计产品，为市场和消费提供了更多的选择性。仿生设计促进现代工业设计观念的更新与发展。现代设计一直以来注重产品的功能价值，推崇功能主导形式的理性主义设计观。但仿生设计却运用形态主导产品设计，使产品更具视觉冲击力和美感特征，同时表现丰富的文化。 3 建立有限元模型及结果分析 3.1 ANSYS/ LS-DYNA简介 LS-DYNA 作为世界上最著名的以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成形等。 3.2 三维模型的建立 根据小麦茎秆实际结构模拟内外壁厚、维管束、组织细胞等，用两个同心薄壁圆筒模拟内外壁，。 图3-4 图3-6 3.3 定义单元类型、实常数 3.4 定义材料模型 表3-1 材料参数 材料 编号 Density /kg.m-3 Elastic modulus/MPa Poissons ratio yield stress/MPa Tangent modulus/MPa 1 图3-13 3.5 划分网格 图3-19