植物叶片抗疲劳耦元提取与仿生结构设计研究

发布时间：2024-12-10 01:12

　　由于在长期飞行过程中飞机会受到复杂的交变载荷作用,往往会导致飞机蒙皮出现裂纹从而造成严重飞行事故。所以为了提高飞机蒙皮的抗裂性能并有效提高其残余疲劳寿命,本文以植物叶片为基础,开展了仿生单元阻滞裂纹扩展的研究。首先,为了提取合适的叶脉抗裂结构仿生参数,使用优化的数字图像处理技术,从210片植物叶片中提取叶脉的角度和分布信息,并通过统计优化仿生参数构建叶脉仿生单元。再利用Lloyd算法在各种形状边界内生成质心Voronoi图,通过控制胞元的圆度、数量和迭代次数近似模拟昆虫翅翼的Voronoi结构,再将该结构与叶脉仿生单元相互组合,从而生成叶脉-翅翼多元仿生耦合模型,并对其进行低周疲劳数值模拟,以确定该仿生模型的抗疲劳性能和应力分布情况。为了探究叶脉仿生单元对飞机蒙皮裂纹阻滞性能的影响,针对飞机蒙皮损伤修复的形式,利用激光熔覆技术在2024铝合金上制备叶脉仿生单元,并通过机械疲劳实验研究了未处理试样和不同仿生参数的叶脉仿生单元试样在恒幅载荷下的疲劳寿命和裂纹扩展速度。最后为了探究叶脉仿生单元阻滞裂纹扩展的机理,通过分析裂纹扩展路径,观察试样断裂截面的宏观和微观形貌,测量叶脉仿生单元的硬度等手...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２抗疲劳生物原型??

相互耦合导??致植物叶片阻滞裂纹扩展的能力大大增加，并且ｗａｎｇＰＩ等人利用数值模拟了叶??脉的分形结构，发现不同角度的分形结构可以不同程度地降低裂纹尖端应力强??度因子并减小塑性区的面积从而提高了抗疲劳性能。综上所述，为了提高生物??表面抗疲劳能力，贝壳、植物、蜻蜓等生物会将结....

图２．１叶片断裂现象??

?第２章仿生参数提取和建模???第２章仿生参数提取与建模??２．１植物叶片断裂现象??植物为了抵御自然界中风雨的摧残，保持叶片结构的完整性，经过多年自??然选择进化出的叶脉结构不但延缓了裂纹萌生的时间还可以使裂纹扩展路径发??生不同程度地偏移，如图２．１所示，由于叶脉的支撑，叶片....

图２．２叶脉提取区域??首先对叶脉图像进行色彩空间上的转换，本章将ＲＧＢ图像转化为在ＨＳＩ??

?第２章仿生参数提取和建模???＇?－—、、一＇—、―＇．，，，，、??图２．２叶脉提取区域??首先对叶脉图像进行色彩空间上的转换，本章将ＲＧＢ图像转化为在ＨＳＩ??彩色空间上的图像，因为ＨＳＩ是由色调、饱和度和亮度等变量组成的，其不同??于传统由红绿蓝三原色叠加而成的图像模式，....

图２．４增强后的叶脉图像??

?第２章仿生参数提取和建模???■?？Ｍｌ??ＨＢ．?ｉＨＭ??（ａ）色调空间?（ｂ）饱和度空间?（ｃ）亮度空间??图２．３?ＨＳＩ空间??如上图所示，相较于其他两个通道，亮度通道的图片在视觉上大致分离了??叶脉和叶肉，但仍存在许多明显的细脉，所以对其进行图像増强处理，从而突??....

本文编号：4015366