椰子及其仿生结构的抗冲击性能研究

声明

第1 章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 仿生材料研究现状

1.2.1 仿生材料研究方法

1.2.2 生物陶瓷和陶瓷复合材料研究

1.2.3 生物聚合物和聚合物复合材料研究

1.2.4 生物多孔材料研究

1.2.5 功能生物材料研究

1.3 植物材料力学性能的研究现状

1.3.1 椰子材料力学性能研究

1.3.2 椰子材料其他性能和应用研究

1.3.3 其他植物材料力学性能研究

1.4 本文研究的主要内容

第2 章椰子结构抗冲击性能的实验研究

2.1 引言

2.2 椰子天然结构的自由落体试验

2.2.1 试验规划与试样准备

2.2.2 自由落体试验

2.2.3 试验结果与分析

2.3 椰子天然结构的多尺度观测试验

2.3.1 椰子天然结构的宏观观测试验

2.3.2 椰子天然结构的微观观测试验及试验设备

2.3.3 椰子天然结构的多尺度特征

2.4 椰子中果皮的准静态压缩试验

2.4.1 试验规划与试件准备

2.4.2 试验结果与分析

2.5 本章小结

第3 章 椰子果皮材料抗冲击性能的机理研究

3.1 引言

3.2 纤维增强复合材料的破坏准则

3.2.1 Tsai-Wu 准则

3.2.2 Hashin准则

3.3 椰子中果皮纤维增强天然复合材料的吸能特性

3.3.1 力学模型

3.3.2 能量吸收与纤维、载荷夹角的关系

3.3.3 模型验证

3.4 椰子果皮中纤维分布的力学机理

3.4.1 椰子跌落的有限元模拟

3.4.2 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第4 章基于椰子纤维多尺度结构抗冲击性能的仿生多级管研究

4.1 引言

4.2 基于椰子纤维的仿生多级管

4.2.1 椰子纤维的微观结构

4.2.2 仿生椰子多级管设计

4.3 仿生多级管的抗冲击性能

4.3.1 建立仿生结构的有限元模型

4.3.2 有限元模型的验证

4.3.3 仿生多级管的性能分析

4.4 仿生多级管的抗撞性优化设计

4.4.1 试验设计方法

4.4.2 代理模型技术

4.4.3 多目标优化设计问题的建立

4.4.4 优化结果及分析

4.5 本章小结

第5 章基于椰子果皮多层结构抗冲击性能的仿生夹层结构研究

5.1 引言

5.2 基于椰子果实的仿生夹层结构

5.2.1 椰子果实天然夹层结构

5.2.2 仿生夹层结构设计

5.3 仿生夹芯的力学性能

5.3.1 夹芯层的力学分析参数

5.3.2 有限元模型

5.3.3 仿生夹芯的面内压缩性能分析

5.3.4 仿生夹芯的面外压缩性能分析

5.3.5 不同加载速率下仿生夹芯的动力学响应

5.4 仿生夹层结构的抗撞性优化设计

5.4.1 仿生夹层结构低速冲击有限元模型的建立

5.4.2 仿生夹层结构低速冲击有限元模型的验证

5.4.3 仿生夹层结构低速冲击性能分析

5.4.4 多目标优化设计问题的建立

5.4.5 优化结果及分析

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

附录A 仿生多级管比吸能和峰值力代理模型公式

附录B 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录C 攻读学位期间所参加的科研项目