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蝗虫脚垫表面微结构粘附性研究

作　者: 王蓓蓓
导　师: 金霞
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 蝗虫脚垫 粘附性 三维重构 有限元 切片法
分类号: TB17
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


仿生机械是模仿生物的形态、结构和控制原理设计出的功能更集中、效率更高的机械,本课题以蝗虫脚垫为研究对象,采用切片法对研究对象进行几何信息的提取,进行三维重构及有限元分析,旨在对蝗虫脚垫粘附性进行研究,为其运仿生应用如仿生轮胎的设计奠定了一定的基础。课题具体研究内容如下:(1)系统地介绍了仿生学相关的研究现状,对国内外昆虫粘附性研究进行了阐述,最后介绍了三维重构的研究及其应用。(2)采用石蜡切片法,对研究对象——蝗虫第三对足脚垫进行切片,通过实验处理,用显微镜、配套软件系统采集切片图像,为三维重构建立基础。(3)利用逆向工程专用软件Imageware12对脚垫切片图像进行几何信息提取,经过点云处理,获得各图像的轮廓曲线,并将轮廓曲线导入CAD软件Unigraphics NX,生成蝗虫脚垫的三维模型。(4)设计了一个实验平台,利用天平仪,通过施加不同的压力,测量脚垫变形产生的接触面积的大小,以研究粘附力、压力以及脚垫变形接触面积之间的关系;为蝗虫脚垫的三维有限元接触分析提供实验数据。(5)采用ABAQUS有限元分析软件,对(3)所生产的蝗虫脚垫三维模型进行分析。分析施加的条件和(4)实验相同,研究蝗虫脚垫接触过程中的变形、应力应变和接触刚度的变化规律,将实验结果与(4)的分析结果进行比较。本文的工作特色在于用石蜡切片法、逆向工程方法成功的建立了蝗虫脚垫的三维模型,对其进行有限元分析;后又设计了粘附性测试试验,为有限元分析提供实验数据,以优化有限元模型,从而为仿生轮胎的发展提供一定的基础。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
图清单  8-10
表清单  10-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 选题意义  11-12
  1.2 研究现状  12-16
    1.2.1 仿生学研究  12-14
    1.2.2 国内外昆虫粘附性研究  14-15
    1.2.3 三维重构的研究及应用  15-16
  1.3 本论文研究的主要内容  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章 蝗虫脚垫切片实验  18-29
  2.1 前言  18-21
    2.1.1 研究对象的选取  19-21
  2.2 实验准备工作  21-22
    2.2.1 研究对象的采集  21
    2.2.2 研究对象实验前保存处理  21
    2.2.3 对研究对象进行软化骨骼组织处理  21-22
    2.2.4 蜂蜡的应用  22
  2.3 实验设备  22
  2.4 实验方案  22-26
    2.4.1 组织冲洗  23
    2.4.2 组织脱水  23
    2.4.3 组织透明  23
    2.4.4 组织浸蜡与包埋  23-25
    2.4.5 组织蜡块切片、展片、烤片  25-26
    2.4.6 组织切片染色  26
  2.5 图像的采集  26-27
  2.6 本章小结  27-29
第三章 蝗虫脚垫模型的三维重构  29-36
  3.1 引言  29-31
  3.2 蝗虫脚垫几何轮廓信息提取  31-32
  3.3 蝗虫脚垫的三维模型重构  32-35
    3.3.1 轮廓线的导入  32-34
    3.3.2 拟合实体  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 活体蝗虫脚垫粘附性测试实验  36-42
  4.1 实验目的  36
  4.2 实验研究对象采集  36
  4.3 实验设备  36
  4.4 实验方案与过程  36-41
    4.4.1 实验方案  36-37
    4.4.2 实验过程  37-38
    4.4.3 数据处理与分析  38-41
  4.5 本章小结  41-42
第五章 蝗虫脚垫的三维接触有限元分析  42-59
  5.1 引言  42
  5.2 计算模型  42-45
    5.2.1 定义材料参数  43
    5.2.2 单元选取、网格划分及定义接触  43-45
    5.2.3 边界条件及载荷  45
  5.3 计算结果及讨论  45-57
    5.3.1 脚垫各方向的变形  45-47
    5.3.2 脚垫位移场  47-50
    5.3.3 脚垫摩擦力  50
    5.3.4 脚垫接触力  50-51
    5.3.5 脚垫的接触面积变化  51-52
    5.3.6 不同载荷下脚垫变化对比  52-57
  5.4 蝗虫脚垫粘附性实验与有限元分析对比  57-58
  5.5 本章小结  58-59
第六章 总结与展望  59-62
  6.1 总结  59-60
  6.2 面临的问题  60
  6.3 展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读硕士期间发表的论文  66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程基础科学 > 工程仿生学
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