昆虫膜翅模态分析及测试开题报告

1. 研究目的与意义

随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构中也得到不少启发。在“仿生制造”中不仅是模仿大自然外部结构，而且要学习与借鉴他们自身内部的组织方式与运行模式。这些为人类提供了“优良设计”的典范。

近几年，仿膜翅结构大量运用到各个领域，膜翅研究现状如下：仿蜻蜓膜翅结构模型，为设计具有较好承载能力的薄膜材料提供了新的思路^[1]；研究蝉翅表面疏水结构，对人工制造具有特殊功能表面的结构材料和仿生微型飞行系统的研究提供技术参数^[2]；蜻蜓翅翼的仿生为微扑翼飞行器机翼的设计、制作和应用提供了一定的理论依据^[3]；研制仿甲虫鞘翅材料的复合仿生材料^[4]等。

本文主要对草蛉的膜翅模态进行研究。草蛉，又名草蜻蜓，有似花边的复杂网状翅脉，前后翅形相似，有网状脉。草蛉具有高超的飞行能力，不但能向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，甚至是短距离的垂直飞行。草蛉多样的飞行技巧和飞行方式主要来源于其翅翼的巧妙结构，而且经过亿万年的生物演化，为了更好地适应其生存环境，草蛉膜翅在结构、功能、材料和性能方面都达到了最优化。草蛉膜翅质轻，但在飞行中却表现出超强的稳定性和承载能力。草蛉膜翅主要由翅膜、对翅膜起支撑和连接作用的纵脉、横脉以及防颤振的翅痣组成，翅脉纵横交错构成既质轻又性能优良的类桁架结构，在力学性能中发挥关键作用。草蛉用来飞翔的翅为膜质，翅面上有纵横交错的翅脉，翅脉实际上是翅面在气管部位加厚形成的，它就像骨架一样对翅面起着支撑、加固的作用，还与飞行时翅的扭转运动有关。它的膜翅在材料，结构和性能方面几乎可以用完美一词来形容。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

本论文的研究对象是草蛉膜翅，从重塑膜翅模型着手来研究膜翅结构具有的优越性，并研究膜翅的固有频率和模态振型。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

（1） 查阅相关资料，对目前昆虫膜翅模态的研究现状及研究方法进行学习，确定自己的研究方法和目的。

（2） 通过采集草蛉样本，观察草蛉膜翅的结构特点，用工业相机拍摄草蛉膜翅，得到二维图像。通过algolab photo vector软件和autocad软件进行一系列的图像处理得到膜翅平面图，将其导入大型有限元软件abaqus中，为了研究出膜翅结构在有脉和无脉情况下的受力变形特点，分别建立了完整的草蛉膜翅模型和有膜无脉模型。

（3） 运用abaqus对草蛉膜翅模型和有膜无脉模型分别进行静力学和动力学的分析，静力学分析包括通过给模型施加荷载，分析对比草蛉膜翅模型和有膜无脉模型在受力情况下沿着翅脉产生的不同的位移变化量，分析得出两种结构在承受一定荷载下表现出的不同的力学性能。动力学分析即进行模态分析，通过abaqus模态分析功能分别求出膜翅模型和有膜无脉模型的固有频率和模态振型。

4. 参考文献

【1】 赵彦如，王东升，佟金，孙霁宇，张金 仿蜻蜓膜翅有限元模型静力学分析

【2】 刘诗，丛茜 蝉翅表面疏水性及其结构性能的有限元分析

【3】 张孝松，陈时锦 基于蜻蜓翅翼的仿生微扑翼飞行器机翼的有限元分析

5. 计划与进度安排

[1].2月29日—3月20日 查阅相关资料，提交开题报告[2].3月21日—4月24日 学习软件，提交外文翻译初稿[3].4月25日—5月29日 建模与计算分析，实验测量[4].5月30日—6月05日 写论文，修改论文，提交论文终稿[5].6月06日—6月12日 答辩报告准备[6].6月13日—6月19日 论文答辩