毕业论文初稿马强

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1、河南农业大学本科生毕业论文（设计）题目仿生悬臂梁弯曲的有限元动态模拟与分析学院机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化08级3班学生姓名马强指导教师袁志华撰写日期：2012年5月4日11摘要植物结构仿生通过研究自然界植物系统的优异结构和功能特征，并有选择性的在设计过程中应用这些结构原理和特征进行设计，倡导设计师在师法自然的仿生设计哲学指导下，在设计中引入植物结构仿生学概念。一根细长的麦秆能支持比之重几倍的麦穗，其奥秘在于茎秆优越的结构。论文从小麦茎秆的结构入手，建立仿生模型特殊的内外壁中分布维管束结构，并设置某一变量，如：弹性模量、壁厚、外径、

2、维管束个数、维管束面积等，研究其对最大应力和变形的影响特点，为结构的改进和应用提供理论依据。关键词:仿生；植物；结构；有限元法；ANSYS结构分析11目录1引言12仿生设计22.1仿生设计概念22.2仿生设计意义22.2仿生设计的历史和发展22.3仿生设计的未来33有限元法33.1有限元法的定义33.2有限元法的原理43.3有限元法的步骤43.3.1剖分43.3.1单元分析43.3.1求解近似变分方程53.4有限元法的特点53.4.1物理概念清新53.4.2复杂结构的适应性53.4.3各种物理问题的适用性53.4.4适合计算机实现的高效性53.5

3、有限元法的发展与现状63.6有限元法在机械工程中的应用64ANSYS建模及求解6114.1ANSYS简介64.2三维模型的建立74.3材料参数和单元类型84.4求解步骤94.4.1．定义工作文件名和工作标题94.4.2．导入模型94.4.3.定义单元类型104.4.5.划分网格04.4.6.04.4.7.04.4.8.查看求解结果05结果分析05.105.205.305.405.5结论与讨论06结束语0参考文献0致谢0111引言经过数十亿年的进化，生物结构具有了优良的性能和巧妙的外形，它为我们提供了创新的原型、解决工程问题和改进设计的创造性方法。

4、仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到了高度的统一，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。有限元法理论已经相当完善，应用也越来越广泛。科技人员将有限元理论、数值计算技术和计算机辅助设计技术等相结合，有了非常大的发展，开发出了一批通用的有限元软件。目前，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件已达几百种，其中最著名的有ANSYS、SAP、MARC和COSMOS等。这些软件功能强大，使用方便，结果可靠，解决了涉及机械、土木、冶金、气象、宇航等行业的工程问题，其计算结果已经成为各类工业产品设计和性能分析的重要依据。小麦茎秆的结构

5、是自然界中存在的比较典型的轻量化结构,在分析小麦茎秆优良的力学性能和其微观结构关系的基础上,提取决定小麦茎秆优良力学性能的特征结构,将小麦茎秆微观结构上的优势应用到实际的柱状结构设计中。小麦茎秆强度高、弹性好、能稳定,而且密度小，这是常规结构难以达到的。结构决定力学性能,要想认识小麦茎秆这些优良的力学性能,就很有必要对其微观结构进行分析。从小麦茎秆壁内可以分辨出多种不同形态结构的细胞,但是从力学角度来考虑,这些细胞可以分为两大类:第一类是基本组织细胞,他们在显微镜下呈圆形薄壁结构,起着传递载荷的作用;第二类是以维管束为主体的厚壁细胞,这类细胞被基

6、本组织细胞包围着,起着承载的作用,小麦茎杆可简化为分内外壁的薄壁圆筒结构，其截面均布空心管模拟维管束。节用实心圆柱模拟，建立小麦茎秆的三节结构模型。小麦茎秆结构实例中得出的数值表明，结构分析和优化能获得更好的承载效率。利用工具软件ansys的强大功能对在外部集中力载荷作用下，小麦茎秆结构最大应力进行了研究;得出小麦茎秆结构在不同类型荷载下的稳定性以及冲量对稳定性的影响。111111112仿生设计2.1仿生设计概念“仿生设计”作为一种研究方法，在各个领域都为科学家们所重视和利用[2]，如早期飞机的结构就是对鸟类和昆虫的模仿，红外线探测器的研究是受到

7、了响尾蛇的启发，声纳的出现则是受到海豚的启示。植物结构仿生是以工程力学原理为基础，研究植物体不同结构层次(微观、细观、宏观)的形态和功能以获得灵感，进而对材料、结构、系统进行仿生模拟，提高工程结构效率。仿生是高科技的代名词，它是指运用尖端的科学技术，来模仿生物的各种官能感觉和思维判功能，更加有效地为人数服务。植物仿生设计是在仿生学的基础上发展起来的，它以仿生学为基础，通过研究自然界植物系统的优异功能、形态、结构色彩等特征，并有选择性的在设计过程中应用这些原理和特征进行设计。植物结构仿生是以工程力学原理为基础，它涉及生物学、材料科学、结构设计、控制

8、科学、空气动力学和系统工程等工程科学，属于跨学科研究领域。性能优异的植物结构为工业设计及其相关领域的创新提供了极其丰富的范例，仿生工程受