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贝壳结构及陶瓷的仿生研究

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硅酸盐通报 2003年第2期22卷 53-56页

作者：李秀华袁启明杨正方天津大学高温结构陶瓷及工程陶瓷加工技术教育部重点实验室天津300072

介绍了贝壳结构及其断裂方式 ,综述了仿贝壳结构的层状陶瓷的研究发展 ,认为层状陶瓷在结构设计、层与层之间的热应力匹配。

关键词：贝壳结构层状陶瓷仿生材料研究断裂方式

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海洋贝壳结构在女装设计中的应用

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毛纺科技 2018年第10期46卷 77-80页

作者：沈雷孟庆慧生态纺织教育部重点实验室(江南大学) 江苏无锡214122

通过分析贝壳的结构和元素在女装仿生设计中的应用案例,提出不同于海魂条纹、鱼类和海水蓝等的仿生设计形式。将海洋生物生态结构细节作为设计重点,提出海洋元素在女装设计中应用的新思路。采用几何曲线原理与黄金分割法则,结合拼接、... 详细信息

通过分析贝壳的结构和元素在女装仿生设计中的应用案例,提出不同于海魂条纹、鱼类和海水蓝等的仿生设计形式。将海洋生物生态结构细节作为设计重点,提出海洋元素在女装设计中应用的新思路。采用几何曲线原理与黄金分割法则,结合拼接、镂空、缩摺、叠加等手法,并从海面的起伏中获得启迪,设计了系列服装,为现代女装设计提供了新思路。

关键词：贝壳结构服装结构黄金螺旋仿生设计

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基于贝壳结构的轿车轮罩滚压包边仿生滚轮设计与研究

基于贝壳结构的轿车轮罩滚压包边仿生滚轮设计与研究

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作者：邵晨长春工业大学

学位级别：硕士

随着我国汽车行业发展速度突飞猛进,人们对汽车外观、价格、款式等的要求也在不断提高。轿车轮罩作为汽车覆盖件的一种,滚压包边工艺的成形质量决定了其外观质量以及尺寸精度。滚轮作为滚压包边过程中必不可少的工具,其性能的好坏也将... 详细信息

随着我国汽车行业发展速度突飞猛进,人们对汽车外观、价格、款式等的要求也在不断提高。轿车轮罩作为汽车覆盖件的一种,滚压包边工艺的成形质量决定了其外观质量以及尺寸精度。滚轮作为滚压包边过程中必不可少的工具,其性能的好坏也将影响滚压包边的质量。设计一种高性能耐磨损的滚轮是提高滚压包边成形质量,降低成本,提高轿车轮罩成形质量的有效手段。本文对以不同的压入角度滚压包边工艺过程中板件的受力情况进行了分析,并且将毛蚶表面沟槽状的形态特点映射到滚轮的设计中,达到提高滚轮耐磨性,延长滚轮使用寿命,提高滚压包边成形质量的目的。具体工作如下:首先,通过对轿车轮罩滚压包边工艺流程的分析,使用有限元分析方法,借助于有限元分析软件,模拟了滚压包边的工作流程,分析以不同的压入角进行滚压包边工作的时候板件的受力和变形情况,得到第一道预滚边角度30°,第二道预滚边角度45°的时候是最优压入角参数。其次,以毛蚶作为仿生原型,将其横纵交错的结构特征映射到滚轮结构的设计中,设计了两种仿生滚轮——横行条纹结构仿生滚轮和竖行条纹结构仿生滚轮。采用有限元分析的方法对三种形状的滚轮分别进行了模态分析和力学分析,结果表明具有仿生结构单元体的滚轮性能优于普通结构滚轮,其中具有竖行条纹结构的仿生滚轮性能更好。基于所设计的结构,利用光纤激光打标机制备了滚轮试样件。最后,设计搭建了滚轮耐磨性能实验台,设计并制作了10组仿生滚轮试样件。分析实验数据,得到具有竖行条纹结构的仿生滚轮耐磨性能要优于横行条纹结构滚轮,且都要优于普通滚轮的结论。竖行条纹仿生滚轮耐磨性能与普通滚轮相比,最佳可以提高53.72%;在分析实验数据时,也得到了当仿生单元体尺寸大于5mm的时候,耐磨性会下降但仍然优于普通滚轮的结论。以上述的分析结果为基础,采用黄金分割法和仿真分析相结合的方法,得到竖行条纹结构滚轮的深宽比为0.382的时候耐磨性能效果最佳。

关键词：滚压包边包边工艺分析贝壳结构仿生滚轮耐磨

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仿贝壳结构制备纤维增强的复合材料

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大连海洋大学学报 2011年第4期26卷 367-370页

作者：牟晨晓丁晓非林艾光谢忠东梁艳姜玲大连海洋大学机械工程学院辽宁大连116023 大连理工大学工程力学系辽宁大连116024

模仿贝壳的层状结构,以环氧树脂作为基体,在树脂中添加了竹纤维和麻纤维,并对其力学性能进行了测试。结果表明:与环氧树脂材料相比,添加了竹纤维和麻纤维的环氧树脂复合材料的力学性能有所改善;竹纤维和麻纤维的增韧机制主要有裂纹滞止... 详细信息

模仿贝壳的层状结构,以环氧树脂作为基体,在树脂中添加了竹纤维和麻纤维,并对其力学性能进行了测试。结果表明:与环氧树脂材料相比,添加了竹纤维和麻纤维的环氧树脂复合材料的力学性能有所改善;竹纤维和麻纤维的增韧机制主要有裂纹滞止、微裂纹、界面剥离、纤维拔出、塑性桥连等,与具有弱界面的脆/塑复合材料增韧机制相似。

关键词：贝壳结构竹纤维麻纤维复合材料

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纳米碳酸钙仿生复合材料的研究

纳米碳酸钙仿生复合材料的研究

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作者：高雁凌华北理工大学

学位级别：硕士

对于仿生材料的研究,长久以来都是材料研究的热点。近年来,贝壳因为其特殊的结构和良好的性能受到人们越来越多的关注。组成贝壳的成分主要为碳酸钙和有机糖类。采用扫描电镜、红外光谱和X射线衍射分析了贝壳的微观结构和组成。不同种... 详细信息

对于仿生材料的研究,长久以来都是材料研究的热点。近年来,贝壳因为其特殊的结构和良好的性能受到人们越来越多的关注。组成贝壳的成分主要为碳酸钙和有机糖类。采用扫描电镜、红外光谱和X射线衍射分析了贝壳的微观结构和组成。不同种类的贝壳结构略有不同,但整体表现为三层,由外层到内层为角质层、棱柱层和珍珠层。试验研究的贝壳珍珠层成分为文石薄片,结构表现为文石片的堆砌。多个平行的文石片呈一组,组与组间呈平面和空间相互垂直关系。采用微乳液法和碳化法两种方法制备出了纳米碳酸钙。微乳液法中,微乳液的组成不同,得到的碳酸钙晶型也不同,且对所得的碳酸钙的颗粒尺寸有一定影响。水相含量高时,易得到文石型碳酸钙,水相含量低时,易得到方解石型碳酸钙。碳化法中,不加Mg Cl2时,得到的是方解石型碳酸钙,加入Mg Cl2的但应得到文石型碳酸钙。总体来说,微乳液法得到的碳酸钙的颗粒尺寸略小于碳化法得到的碳酸钙的颗粒尺寸。以制备的纳米碳酸钙为原料,用层层组装法和旋涂法制备碳酸钙和有机物的复合材料。两种方法均可得到纳米碳酸钙-有机物复合材料,其中,旋涂法操作更方便。以Ca(OH)2和糖类有机物为原料,通过碳化法制备了碳酸钙-糖类复合材料,并测定了其显微硬度。产物为方解石型碳酸钙-有机物复合材料,且糖的种类和含量对材料的显微硬度由一定影响。在试验条件下,当糖类为直链淀粉,含量为4%时,显微硬度最高。

关键词：纳米碳酸钙贝壳结构贝壳组分仿生复合材料

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氧化石墨烯-碳纳米管交错叠层仿生贝壳材料的力学行为研究

氧化石墨烯-碳纳米管交错叠层仿生贝壳材料的力学行为研究

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作者：薛志成太原理工大学

学位级别：硕士

随着时代的发展和科学技术的进步,轻质材料对于节能减排和降低运营成本有着越来越重要的作用,并成为航空航天、军事和交通等许多先进领域的关键因素之一。最近,研究人员通过模仿马蹄、螳螂虾、鸟类头骨等天然生物材料的内部微观结构,构... 详细信息

随着时代的发展和科学技术的进步,轻质材料对于节能减排和降低运营成本有着越来越重要的作用,并成为航空航天、军事和交通等许多先进领域的关键因素之一。最近,研究人员通过模仿马蹄、螳螂虾、鸟类头骨等天然生物材料的内部微观结构,构建出了一些具有高强度和高韧性的轻质仿生复合材料。例如,贝壳结构是一种具有优异的拉伸强度和断裂韧性的轻质材料,它是仅由硬质相(例如矿物文石,95%体积)和少量软质相(例如生物聚合物,5%体积)组成的“砖-泥”叠层结构材料。研究人员通过模仿这种“砖-泥”结构激发了制备高性能仿生复合材料的创意和方法。这种“‘砖-泥’交错叠层仿生贝壳复合材料”,由于其内部特殊的微观结构,让其拥有轻质量的同时也拥有优异的力学性能。为很多高精尖领域的发展提供了材料设计的重要参考,也为多个新型科技领域的创新提供可能性。本文工作的灵感来源于天然贝壳中层状文石微片层/几丁质纳米纤维——天然贝壳珍珠质的蛋白质结构。利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),之后采用蒸发自组装法通过调节氧化石墨烯的片层之间的距离,来获得具有不同微观结构的仿生贝壳结构,并将制备好的材料进行拉伸试验,得到了其在外部载荷作用下的力学行为及相应的强度和和韧性特性。通过扫描电子显微镜对其断面进行表征,观察其破坏面的微观形貌。最后采用ABAQUS有限元数值模拟软件,根据“张剪链理论”得到了简化的贝壳结构模型来模拟材料在拉升加载下的力学行为,观察材料内部的应力分布和缺陷附近的应力集中问题。通过研究发现,优化的微观结构可以改善材料内部正应力和剪应力的分布,合理地优化材料内部的微观结构可以有效的提高其整体的宏观力学性能。对于复合材料来说,界面结合对材料的整体力学性能也具有极其重要的影响。因此,在前期工作基础上,本文在原有材料体系中设计了三种添加碳纳米管(CNTs)材料的方案,获得了三种具有不同GOCNTs复合程度的异质结构。通过材料力学性能测试分析结果表明,CNTs的含量对材料整体的力学性能有一定的影响。在相同含量的情况下,复合程度越高其协同作用对材料宏观体力学性能的影响越明显,材料整体的力学性能越优异。与此同时,受到异质结构协同效应对材料整体力学性能影响的启发,本文采用大片和小片的GO片层作为硬质相,通过调节硬质相片层的尺度来优化其硬质相的内部结构,让其分别与CNTs复合来组成新的异质结构。通过实验和分析发现,由于尺度效应和其内部特殊的微观结构排布,大片GO片层起主导作用。所以,复合材料内部CNTs与大片GO片层所组成的异质结构,可以更有效的提高材料内部的应力传递效率,进而提升其整体的力学性能。综上所述,本文通过实验制备出不同种类仿生贝壳交错叠层结构复合材料,对其进行力学实验、材料表征,并结合有限元模拟的结果,对其具备优异力学性能的原因进行分析,研究了仿生贝壳交错叠层结构的应力传递机制和增韧机制。这些结果对于结构性复合材料的设计具有一定的借鉴意义,也为高性能仿生材料的微观结构优化设计和界面设计提供有价值的参考。

关键词：复合材料贝壳结构微观结构界面结合尺度效应

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