基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计

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1、2013年12月第39卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2013V01．39No．12基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计刘良宝陈五一(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：针对薄壁件的轻量化设计要求，在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上，以飞机盖板原型为对象，应用结构仿生设计方法，对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计，利用ANSYSAPDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行筋板结构参数优化．有限元

2、分析结果表明，相对于原型盖板，结构参数优化后的仿生型盖板质量减小，比强度结构效能有较大提高，静力学性能明显改善．关键词：叶脉；结构仿生；盖板；筋板分布；比强度效能中图分类号：TH122；TB17文献标识码：A文章编号：1001．5965(2013)12．1596-05StructuralbionicdesignforaircraftcoverplatebasedOffIeafveinbranchedstructureLiuLiangbaoChenWuyi(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniver

3、sityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Light-weightisacrucialrequirementforstructuraldesignofthinwalledpans。Inthecaseoforiginalaircraftcoverplate，theleafveindistributionprincipleofagiantwaterlilywasanalyzedandappliedtostructuralbionicdesignfororiginalstructure．Us

4、ingANSYSAPDLasafiniteelementanalysistool，thepara—metricmodelofbionicstructurewasobtainedandthebeststructuralparameterofribsinthebionicstructurewaspresentedthroughoptimization．Thefiniteelementanalysis(FEA)resultsindicatethat，comparedwithO-riginalstructure，theoptimizedbionicstructurehasl

5、essweight，higherefficiencyofspecificstrength，betterstaticmechanicalperformances．Keywords：leafvein；structuralbionic；coverplate；ribdistribution；efficiencyofspecificstrength自然界中的生物体经过亿万年的进化，由于对环境的自适应性逐渐形成了综合性能优异的结构．结构仿生以工程力学理论为基础，研究生物体不同结构层次(微观、细观和宏观)的功能结构、形态特征、物质组成、信息控制等规律及其原理，并选择性地应用到工程

6、结构中，为人类提供可靠、灵活、高效、经济的结构⋯．薄板壳结构在工程中有着极其广泛的应用，例如汽车、航空航天等领域，这种结构的典型形式是在基体板壳上分布一些加强筋板，在实现轻量化的同时保证了足够的强度和刚度要求．传统的机械结构件中筋板分布形式多呈现平行、井字、米字或简单组合排列，研究工作主要针对结构参数进行优化旧。1，或者采用复合和增强型材料进行结构改进¨J．这些方法仍属于传统设计思路，往往造成结构质量过大，同时强度和刚度也难以达到设计要求．近些年来，基于结构仿生设计方法的机械结构件中筋板分布的研究工作已经取得初步进展．文献[5]借鉴叶脉结构特征，利用相似原理，设计仿

7、生型机翼结构，比原型机翼具有更高的结构效能．文献[6]通过对轻质高效生物体结构的构型规律分析，应用于高速机床工作台筋板的收稿日期：2013-01-22；网络出版时间：2013-04．1809：15网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20130418．0915，001．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975012)作者简介：刘良宝(1985一)，男，安徽巢湖人，博士生，11b1985101@163．corn．第12期刘良宝等：基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计1597结构仿生设计，并利用参数优化设