长足大象甲的特征、力学、运动特征及其仿生分析

发布时间：2017-12-09 00:16

  本文关键词：长足大象甲的特征、力学、运动特征及其仿生分析

  更多相关文章： 长足大象甲 表面形态 纳米力学 运动力学 仿真分析 仿生设计

【摘要】：生物在与自然环境进行长期的物质、能量及信息的交换后,造就了独特的生物系统和生存本领来适应生态环境,人们从中受到启发,仿生学应运而生。鞘翅目昆虫表现出的诸多优良形态、结构、材料和功能特征能为许多工程问题的解决带来灵感。长足大象甲经过长时间的进化,不仅能在空中飞行自如、风雨无惧,还能在土壤中挖穴筑室、化蛹过冬,同时还能在竹子表面垂直攀爬、钻孔打洞,并且具有高效啃食竹笋的能力,其躯体各部分的宏观形态、微观结构、力学特性、功能特性等都是自然优化的结果。但迄今为止,关于长足大象甲的研究报道主要集中在生物学特征和预测防治等方面,并无对其结构特征及器官功能的研究。本文着眼于长足大象甲的结构功能特性研究,旨在探索长足大象甲潜在的工程应用价值。以其口器、头管等取食关键部位和鞘翅、膜翅等飞行关键部位为重点研究对象,从仿生学的角度出发,对其宏观形态、微观结构、纳米力学特性和运动特性等方面进行了研究。首先,通过利用显微镜设备对长足大象甲的几何形态参数进行了测定,并得到各部位的宏观、微观形态与结构特征。接着,通过使用纳米力学测试系统,对各部位表面、断面材料的弹性模量、接触硬度进行了测量,比较了各部位纳米力学特性的差异。然后,通过野外观察和使用显微镜观测等手段对成虫取食运动规律进行了分析,得到成虫取食主要是由上颚的“夹紧”动作和头部的“扭转”动作配合完成。同时,采用能谱仪、显微镜等设备以及仿真分析等手段对成虫头管管壁的成分、结构和抗扭转能力进行了分析,揭示了头管中“结构-材料-功能”的集成关系,并得到“多材料分层复合”和“等比例递减分层”是成虫头管结构具有优良抗扭转特性的主要原因。此外,还采用高速摄像机等设备对成虫的飞行运动特性进行了分析,得到了其鞘翅、膜翅在展开、折叠、飞行过程中的运动规律。由于竹象虫幼虫口器的切割能力显著,本工作以其上颚为仿生原型,利用仿生方法对其进行研究,应用计算机视觉技术对上颚切齿部分进行量化分析,结合切碎机工作原理,设计了仿生切碎刀片,并以高效节能为目的,对其进行优化。利用仿真分析手段,通过对仿生切碎刀片的静态、动态力学特性进行分析,检验了其设计的合理性。根据试验要求,搭建了专用切碎测试平台,并在此平台上进行了一系列蔬菜样品切碎试验,通过比较不同刀片的作业性能,从而验证了仿生切碎刀片具有高效率低能耗的特性。这为研发高效节能型的果蔬类专用切碎机具提供理论基础与技术支持,从而促进果蔬资源合理化利用以及解决相关生产生活的迫切需求。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q811;S220

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 张田忠,郭万林;纳米力学的数值模拟方法[J];力学进展;2002年02期

2 欧阳灵;刘晓宙;刘杰惠;龚秀芬;;利用纳米力学方法对皮肤进行超声组织定征的研究[J];物理学报;2014年10期

3 杨 卫,马新玲,王宏涛,洪 伟;纳米力学进展[J];力学进展;2002年02期

4 包广圭;微/纳米力学中的若干重要问题[J];南京工业职业技术学院学报;2002年01期

5 高聚琼;陈东辉;孙霁宇;佟金;;鲤鱼鳞片断面的微观结构及纳米力学性能[J];农机化研究;2006年11期

6 王世良;侯丽珍;MA Shu-jun;HUANH Han;;热振动在纳米力学测量中的应用[J];大学物理实验;2013年03期

7 任露泉;王淑杰;韩志武;邱兆美;;典型植物叶片非光滑表面的纳米力学特性[J];吉林大学学报(工学版);2007年05期

8 徐淑艳;王立海;马欣新;唐光泽;孙明仁;;成份对BCN薄膜结构和纳米力学性能的影响[J];人工晶体学报;2009年S1期

9 杨卫,王宏涛,马新玲,洪伟;纳米力学进展(续)[J];力学进展;2003年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙霁宇;佟金;;纳米力学测量中的仪器校准[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年

2 孙霁宇;佟金;陈东辉;;臭蜣螂部位表皮纳米力学性能的测试研究[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集（上册）[C];2008年

3 刘志远;;软骨含水量对动态纳米力学性能的影响[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

4 佟金;孙霁宇;韩志武;;臭蜣螂(Copris ochus Motschulsky)表面纳米力学性能测试方法[A];农业机械化与全面建设小康社会——中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年

5 李凯;董友;罗小薇;;原位纳米力学的新近研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

6 黄学明;孙博华;;超高频纳米力学谐振子[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

7 谢存毅;;纳米力学测试技术及其应用[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

8 江鑫;刘晓宙;;纳米力学模型在多层生物组织定征中的应用[A];2009年度全国物理声学会议论文集[C];2009年

9 宿彦京;褚武扬;乔利杰;;纳米力学探针在材料蠕变和塑性变形研究中的应用[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

10 佟金;孙霁宇;韩志武;;臭蜣螂(Copris ochus Motschulsky)表面纳米力学性能测试方法[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 常丽君;期待乘光而上[N];科技日报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 许顺;长足大象甲的特征、力学、运动特征及其仿生分析[D];吉林大学;2017年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 蔡中兰;BZT-BCT压电材料电学与微/纳米力学性能的研究[D];东南大学;2015年

2 陈玲;非局部二维纳米力学理论研究及弹跳小球—薄板系统动力学初步探索[D];苏州大学;2016年

3 刘秋真;单晶硅表面修饰及其纳米力学行为研究[D];中国矿业大学;2016年

4 王悦明;三种生物梯度材料纳米力学特性及仿生模型[D];吉林大学;2013年

5 潘春祥;仿蜻蜓翅薄固体膜设计方法研究[D];吉林大学;2012年

6 刘阁旭;BGA焊点在不同加载方式下的纳米力学行为研究[D];哈尔滨理工大学;2014年

7 张小冀;光学玻璃纳米力学性能研究[D];大连理工大学;2014年

，

本文编号：1268384