仿蜻蜓膜翅有限元模型静力学分析-IngentaConnect.PDF

第 30 卷 第 15 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.15 2014 年 8 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2014 33 仿蜻蜓膜翅有限元模型静力学分析 1 1 2 2 3 赵彦如 ，王东升 ，佟 金 ，孙霁宇 ，张 金 （1. 河南理工大学机械与动力工程学院，焦作 454000 ； 2. 吉林大学生物与农业工程学院，长春 130022 ； 3. 上海联合汽车电子有限公司，上海 200051 ） 摘 要：蜻蜓飞行能力高超，其膜翅具有超强抵御负载能力，为了理解和向生物系统学习进而进行技术创新，该 文以蜻蜓膜翅为研究对象，以研究蜻蜓膜翅仿生模型的静力学特性为目标，采用 ANSYS 有限元模拟软件对蜻蜓 膜翅有限元模型进行分析，在模型中采用二节点管单元 Pipe20 模拟翅脉，四节点壳单元 Shell43 模拟翅膜。对蜻 蜓膜翅有限元模型进行结构静力学分析，考察了模型在均布载荷、弯矩、扭矩作用下的变形和应力、应变情况。 结果显示，蜻蜓膜翅模型在均布载荷、弯矩、扭矩作用下只发生了整体变形，且变形较小，说明蜻蜓膜翅在主翅 脉与支翅脉的交界处变形一致，具有优越的整体性能。通过仿蜻蜓膜翅结构模型的建立以及对蜻蜓膜翅结构和功 能相关性的分析，为设计具有较好承载能力的薄膜材料提供了新的思路。 关键词：仿生学；有限元法；变形；蜻蜓膜翅；静力分析；均布载荷；弯矩；扭矩 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.15.005 中图分类号：Q811 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-15-0033-06 赵彦如，王东升，佟 金，等. 仿蜻蜓膜翅有限元模型静力学分析[J]. 农业工程学报，2014，30(15)：33－38. Zhao Yanru, Wang Dongsheng, Tong Jin, et al. Statics analysis of dragonfly wing based on finite element model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(15): 33 －38. (in Chinese with English abstract) 集中在对其空气动力学方面的研究，包括运动参数 0 引 言 [10] 的测量、运动机理的分析、具体构造的研究等 。 蜻蜓具有高超的飞行能力，不但能向前飞行， 而对蜻蜓膜翅自身结构的优越性、稳定性和合理性 还能向后和左右两侧飞行，甚至是短距离的垂直飞 方面的具体研究还不够深入。 行。蜻蜓多样的飞行技巧和飞行方式主要来源于其 有限元法随着计算机科学和技术的快速发展， 翅翼的巧妙结构，而且经过亿万年的生物演化，为 已成为计算机辅助设计和计算机辅助制造的重要 了更好地适应其生存环境，蜻蜓膜