結(jié)構(gòu)仿生學(xué) 課件 第4章 結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)方法

結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)一般過(guò)程構(gòu)件表面結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)智能構(gòu)件結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)構(gòu)材結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)一般過(guò)程包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：從生物體中獲取靈感，學(xué)習(xí)自然界中的智慧和設(shè)計(jì)原則；分析生物體的結(jié)構(gòu)與功能，找到適合仿生設(shè)計(jì)的特點(diǎn)；利用先進(jìn)的技術(shù)手段，如計(jì)算機(jī)模擬和3D打印等，將生物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為工程結(jié)構(gòu)；不斷測(cè)試和改進(jìn)設(shè)計(jì)，確保仿生結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中具有優(yōu)越的性能和效果。通過(guò)這一過(guò)程，結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)生物體的智慧與技術(shù)的結(jié)合，為人類創(chuàng)造出更具創(chuàng)新性和效率的工程產(chǎn)品和解決方案。1.結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)一般過(guò)程表面減阻功能結(jié)構(gòu)減阻表面結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)原理仿生減阻深松鏟設(shè)計(jì)范例2.構(gòu)件表面結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)表面功能結(jié)構(gòu)按功能，可分為：表面附著脫附功能結(jié)構(gòu)、表面熱功能結(jié)構(gòu)、表面反應(yīng)功能結(jié)構(gòu)、表面減阻功能結(jié)構(gòu)（包括表面疏水減阻功能結(jié)構(gòu)、表面織構(gòu)減阻功能結(jié)構(gòu)）、表面減阻降噪功能結(jié)構(gòu)、表面生物功能結(jié)構(gòu)、表面超疏水自潔功能結(jié)構(gòu)、表面視頻隱身功能結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)色調(diào)整功能結(jié)構(gòu)、表面仿生耦合功能結(jié)構(gòu)等。表面減阻功能結(jié)構(gòu)減阻表面結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)原理仿生減阻深松鏟設(shè)計(jì)范例2.構(gòu)件表面結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)該技術(shù)遵循以下三個(gè)理論：①附加流體動(dòng)壓效應(yīng)理論：在富油潤(rùn)滑條件或混合潤(rùn)滑條件下，微坑或微溝槽可以充當(dāng)微小流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承，從而產(chǎn)生附加流體動(dòng)壓力；②“二次潤(rùn)滑”理論：微坑或微溝槽可以作為微儲(chǔ)油池向摩擦副表面提供潤(rùn)滑油；③容納磨損顆粒理論：干摩擦條件下，微坑或微溝槽可以容納磨粒，從而降低由于磨粒產(chǎn)生的高磨損。表面減阻功能結(jié)構(gòu)減阻表面結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)原理仿生減阻深松鏟設(shè)計(jì)范例2.構(gòu)件表面結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)仿生深松鏟設(shè)計(jì)及減阻機(jī)理深松鏟與土壤相互作用過(guò)程離散元仿真分析自修復(fù)涂層制備及性能田間驗(yàn)證試驗(yàn)及機(jī)理分析仿生步進(jìn)執(zhí)行器仿生步進(jìn)執(zhí)行器設(shè)計(jì)原理仿生步進(jìn)壓電執(zhí)行器設(shè)計(jì)范例3.智能構(gòu)件結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)仿生步進(jìn)執(zhí)行器因其分辨率高、速度帶寬大、尺寸小、力矩大等優(yōu)勢(shì)而在現(xiàn)代醫(yī)療、光學(xué)儀器、航空航天等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的應(yīng)用。仿生步進(jìn)執(zhí)行器仿生步進(jìn)執(zhí)行器設(shè)計(jì)原理仿生步進(jìn)壓電執(zhí)行器設(shè)計(jì)范例3.智能構(gòu)件結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)壓電材料柔性鉸鏈仿生步進(jìn)執(zhí)行器仿生步進(jìn)執(zhí)行器設(shè)計(jì)原理仿生步進(jìn)壓電執(zhí)行器設(shè)計(jì)范例3.智能構(gòu)件結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)尺蠖式仿生步進(jìn)壓電執(zhí)行器海豹式仿生步進(jìn)壓電執(zhí)行器慣性式仿生步進(jìn)壓電執(zhí)行器梯度結(jié)構(gòu)一般性質(zhì)仿生梯度材料設(shè)計(jì)原理仿生梯度材料設(shè)計(jì)范例4.構(gòu)材結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)功能梯度的主要特征是創(chuàng)建分布在材料中的特定位置屬性，這些屬性源于成分、微觀結(jié)構(gòu)和幾何形狀等因素的變化。功能梯度材料（FGM）是選用兩種或兩種以上性能不同的均質(zhì)材料，通過(guò)逐步改變這兩種（或多種）材料的成分或/和結(jié)構(gòu)，使得材料性能隨著材料的組成或/和結(jié)構(gòu)的變化而改變，形成具有性能變化特征的功能梯度材料。功能梯度材料的性能由材料的一端到另一端的變化形式既可以為非連續(xù)式，也可以為連續(xù)式，通過(guò)不同的梯度設(shè)計(jì)可以使材料性能呈現(xiàn)出階梯式或漸變式。梯度過(guò)渡的形式主要分為成分梯度、分布梯度、尺寸/結(jié)構(gòu)梯度以及取向梯度，梯度結(jié)構(gòu)一般性質(zhì)仿生梯度材料設(shè)計(jì)原理仿生梯度材料設(shè)計(jì)范例4.構(gòu)材結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)在材料設(shè)計(jì)和演變過(guò)程中，梯度從根本上與兩種成分的變化有關(guān)，即化學(xué)成分/成分和結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)一步涉及結(jié)構(gòu)建筑單元的排列、分布、尺寸和方向。此外，界面在維持結(jié)構(gòu)完整性和支持生物材料的特定功能方面起著關(guān)鍵作用。梯度結(jié)構(gòu)一般性質(zhì)仿生梯度材料設(shè)計(jì)原理仿生梯度材料設(shè)計(jì)范例4.構(gòu)材結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)仿生變剛度椎間盤設(shè)計(jì)仿生變剛度椎間盤有限元分析仿生變剛度椎間盤樣件制備試驗(yàn)驗(yàn)證及機(jī)理分析點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)材料拓?fù)鋬?yōu)化方法仿竹吸能結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)范例5.聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)材料具有出色的物理、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)性能，遠(yuǎn)超普通固體材料。其突出特點(diǎn)包括超輕重量、優(yōu)異能量吸收、高比強(qiáng)度和比剛度，以及優(yōu)良的功能，如散熱、電磁屏蔽、隔聲和隱身等。因此，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在汽車工程、光電子、生物科學(xué)和航空航天等領(lǐng)域備受關(guān)注。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)材料拓?fù)鋬?yōu)化方法仿竹吸能結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)范例5.聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)材料拓?fù)鋬?yōu)化方法仿竹吸能結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)范例5.聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)壓縮力學(xué)建模方法設(shè)計(jì)原理數(shù)值優(yōu)化試驗(yàn)驗(yàn)證及機(jī)理分析討論就你接觸或了解的一種仿生結(jié)構(gòu)構(gòu)