基于碳纤维复合材料的轻质结构仿生设计及力学性能研究-机械设计及理论专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Mechanical and Electrical Engineering Research on Bio-inspired Design and the Mechanical Properties of Epoxy/CERP Lightweight Structure A Thesis in Mechanical Engineering by Jiang Xiaoting Advised by Professor GUO Ce Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering March, 2014 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明 引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著 作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复 印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 甲虫经过亿万年的不断进化，其鞘翅进化出了具有与周围环境相适应的特殊结构和功能。 研究表明甲虫鞘翅是一种轻质高强耐损伤的生物材料，已成为近年来研究新型轻质多功能结构 材料的主要仿生对象之一。 本文根据鞘翅的空腔-空心小柱结构特点，设计了一种基于环氧树脂基碳纤维的仿生轻质结 构；综合考虑复合材料的制备工艺和仿生结构特点进行模具设计和加工，并确定其加工工艺； 最后采用模压成形和共固化胶接法，制备了这种仿生轻质结构试样。 对仿生轻质结构进行了准静态压缩实验，得到其载荷力-位移曲线。同时利用有限元法对仿 生轻质结构进行了压缩力学性能分析，并将压缩的有限元分析结果与实验结果进行对比分析， 证明了有限元分析的正确性和可靠性。进一步利用有限元法对结构进行了平面剪切力学性能分 析，剪切分析结果表明仿生轻质结构能承受的最大平面剪切力为 6079.39 N。 进一步采用响应面法对仿生轻质结构进行压缩和剪切载荷条件下的结构参数优化设计。首 先确定设计变量，采用拉丁超立方试验法设计样本点集；然后，利用 ANSYS 进行参数化建模， 分别求出各样本点的响应值，并利用这些样本点和响应值建立响应面拟合函数；最后采用线性 有哪些信誉好的足球投注网站的方法进行结构优化设计，得到仿生轻质结构最优结构参数。 对仿生轻质结构进行结构稳定性屈曲分析，并在相同孔隙率的情况下，与铝蜂窝结构的屈 曲性能进行了对比。 关键词：鞘翅，复合材料，有限元分析，参数优化，屈曲分析 I 基于碳纤维复合材料的轻质结构仿生设计及力学性能研究 Abstract After millions years of beetle’s evolving, beetle’s elytra had developed a special structure and function that can adapt to the surroundings. The studies have shown that beetle’s elytra is a kind of biological materials that in possess of lightweight, high strength and resistant to damage. Recently, this material is one of the bionic objects to research the new kind of light weight, high strength and multi-functional structural material. According to the character of beetle’s elytra that has the structure of cavity-small hollow column, a kind of bio-inspired lightweight structure based on epoxy-based carbon fiber was designed; Considering the preparation