蟬翼結構靜力學仿真和力學性能分析

徐 赫，楊 怡，雷志鵬

(華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州510640)

蟬翼結構靜力學仿真和力學性能分析

徐 赫，楊 怡，雷志鵬

(華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州510640)

在分析蟬翼結構特征的基礎上，采用有限元法對主翅結構進行了仿真分析，研究各部位截面和剛度對結構力學性能的貢獻．基于矢量工具和造型軟件，使用 Beam189 單元和 Shell93 單元構建能反映蟬翼主要特征的有限元模型，然后對滑翔狀態下蟬翼的力學性能進行仿真分析.發現蟬翼整體呈翹曲狀，最大變形和最大應力均分布在后翅脈附近．比較各類翅脈的最大變形量可知，前、中、后3種翅脈對蟬翼剛度的貢獻呈遞減趨勢，其中前翅脈為蟬翼提供主要的剛度．并改變質量系數對蟬翼進行模態分析，分析基頻的變化，論證加固尾脈對顫振的抑制效果．

蟬翼；結構仿真；數值分析；力學性能；模態分析

0 引言

一直以來人們都在觀察動植物的結構，并從中受到啟迪. 仿生學的發展對人類社會有著極其重要的推動作用[1].有翼昆蟲等飛行動物有非常良好的飛行機動性能(如蒼蠅可在10-4s的時間內做180°的轉向，蜻蜓可以采用各種姿勢進行飛行)，而這與有翼昆蟲的翅翼結構有著密不可分的關系．

目前，國內外很多學者研究了昆蟲的翅翼結構和飛行性能.Wang等[2]采用梳狀條紋投影方法，首次測得了蜻蜓自由飛行拍翅運動的相關參數；Wu等[3]對昆蟲懸停時拍翼的運動參數對氣動性能的影響進行了研究；……