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金龟子外甲壳的纤维形态及刺状端头纤维的有限元分析

来源:萌宠菠菠乐园 时间:2025-02-24 14:18

《中国复合材料学术研讨会论文集》 2005年

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金龟子外甲壳的纤维形态及刺状端头纤维的有限元分析

陈斌   吴新燕   开通知网号

【摘要】:自然生物材料如动物的骨、壳和齿,以及竹、木和麻等都是复合材料。自然生物复合材料具有优良的力学性质,而这些优良力学性质是密切相关于经过亿万年选择进化形成的天然合理的微结构。本文首先通过扫描电镜实验观察了金龟子外甲壳的微结构,发现其是一种几丁质纤维增强角质化蛋白质基体的纤维增强生物复合材料。在此甲壳中存在旋转铺层及正交铺层等铺层结构,也存在刺状纤维及树枝状纤维等奇特的纤维形态。针对刺状端头纤维结构,用有限元分析方法进行应力和变形分析并与平直端头纤维结构进行比较,结果表明刺状端头纤维能够显著降低纤维端头的界面剪应力集中现象,增加纤维增强复合材料的强度。刺状端头纤维也能够显著提高纤维增强复合材料抵抗变形破坏的能力。分析结果对仿生复合材料的设计具有指导意义。

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