结构仿生学 课件 孙霁宇 第1--3章 生物结构与结构仿生学--- 结构仿生学力学理论基础.pptx

生物结构

生物结构特征规律

生物结构建模

结构仿生分类

结构仿生基本规则

结构仿生学发展现状

;1.1生物结构概念

1.2生物结构构成

1.3生物结构分类

1.4生物结构研究意义;1.1生物结构概念

1.2生物结构构成

1.3生物结构分类

1.4生物结构研究意义;1.1生物结构概念

1.2生物结构构成

1.3生物结构分类

1.4生物结构研究意义;1.1生物结构概念

1.2生物结构构成

1.3生物结构分类

1.4生物结构研究意义;（1）多样性：结构因素多、组合多；

（2）普遍性：有生物即有生物结构；

（3）复杂性：多层、多级、复合、嵌合、耦合、交叠、变化（运动）；

（4）功能性：结构孕育功能，功能寓于结构。有单一功能的结构，也有多功能集一身的结构。;（1）几何模型：欧氏几何，如蜂巢（正六边形），非欧氏几何等；

（2）数学模型：仿真模型、试验优化模型、神经网络等；

（3）物理模型：力学模型、运动学模型等；

（4）化学模型：分子结构、材料结构等；

（5）生物模型：器官、组织、细胞等。;（1）几何结构仿生：规则几何、非规则几何（如拓扑、分形几何等）、复合几何结构；

（2）数学结构仿生：仿真模型、试验优化模型、神经网络等；

（3）物理结构仿生：机械结构仿生等；

（4）化学结构仿生：分子仿生学等；

（5）建筑结构仿生：包括建筑艺术、建筑结构仿生等；

（5）耦合结构仿生：用上述（1）~（4）方法之一或以上进行耦合仿生。;（1）满足工程技术领域关于结构设计的一般原则；

（2）充分利用生物学准则：

（3）结构仿生也尽力做到理论仿生，由生物结构原理获得功能仿生原理；

（4）遵循仿生学基本原理和规律；

（5）优化仿生结构的结构参数集、运动学和动力学参数集、技术参数集和功能性指标集时，应在保证仿生结构可靠性的前提下，着重考虑总功能指标集的保证。;结构仿生学研究的对象是生物结构的构件、构材及联结结构。

结构仿生学经过几十年的研究发展，已在诸多领域得到了广泛应用。

结构仿生学的出现为我们提供了一种新的研究思路，有助于设计出更多性能优异的产品或者结构。

开展结构仿生研究，需要多个学科和工程专业知识合作研究。

未来的结构系统可以真正成为仿生智能结构系统。

;1.讨论

讨论自然界中存在的结构及可能的仿生应用。

讨论参考点：结合生活中应用及存在的问题，在自然界中寻求可能的仿生解决方案。

讨论结构仿生学发展方向。

讨论参考点：结合结构仿生学发展现状，从构件、构材和联结三方面讨论未来可能发展方向。

2.习题

试述生物结构概念及构成。

试述结构仿生学概念及基本规则。;生物材料特性

生物材料结构仿生方式

生物材料结构仿生

仿贝壳结构材料设计范例;自组装

分级结构

自修复

水合作用

多功能

合成条件

环境适应性;构件结构仿生方式

构材结构仿生方式

联结结构仿生方式;2.1构件结构仿生方式

构件表面结构及仿生

构件内部结构及仿生

构件空间结构及仿生;2.1构件结构仿生方式

构件表面结构及仿生

构件内部结构及仿生

构件空间结构及仿生;2.1构件结构仿生方式

构件表面结构及仿生

构件内部结构及仿生

构件空间结构及仿生;2.2构材结构仿生方式

有机物形成过程及仿生

无机物形成过程及仿生;2.2构材结构仿生方式

有机物形成过程及仿生

无机物形成过程及仿生;2.3构材结构仿生方式

构件与构件联结结构及仿生

构件与构材联结结构及仿生

构件与基体联结结构及仿生;2.3构材结构仿生方式

构件与构件联结结构及仿生

构件与构材联结结构及仿生

构件与基体联结结构及仿生;2.3构材结构仿生方式

构件与构件联结结构及仿生

构件与构材联结结构及仿生

构件与基体联结结构及仿生;2.4仿贝壳结构材料设计范例

确立产品/目的需求和选取生物对象

提取仿生对象特征和简化仿生对象特征

制备结构仿生材料;1.讨论

生物材料具有的功能特性哪些是与其结构特性相关的。

讨论参考点：生物结构是生物行为、功能所以有效发挥的保证，是生物体的骨架、支撑、桥梁和纽带。

生物材料具备的力学、声学、光学等特性是由其结构特性调控的么？

讨论参考点：生物结构包括构件、构材和联结。

;2.习题

试述生物材料结构特性。

生物材料的结构仿生方式包括什么？

壁虎爪趾的结构特征是什么？其与力学性能的关系？

鲨鱼鳞片微观结构特征与其力学性能关系？

试述甲虫鞘翅结构色的主要构色机制及其对仿生变色材料的启发作用。

试述骨中主要有机相及其结构特征。

试述珍珠层的增韧机理及其对于陶瓷材料增韧的启发作用。

影响竹的力学性能的主要因素是什么？

;结构静力学

弹性力学

多孔弹性理论

流体力学

流变力学

耦合应力理论

;平面体系的几何构造分析

静定结构受力分析

虚功原理与结构的位移计算

力法

位移法