带孔板仿生孔形状的强度设计-浙江大学学报.PDF

维普资讯 第 10卷第 6期 J工ourna程lofE设ngin计eering学Desi报gn Vo1．12No．6 2003年 12月 Dec．2003 带孔板仿生孔形状的强度设计 鄢建辉 ，汪久根 (浙江大学 机械工程学系 ，浙江 杭州 310027) 摘 要 ：树木节疤 的多年优化结构具有合理 的机械强度．研究了仿树木节疤结构形状 ，设计 了带孔板 的孔形参数 ， 并进行了Mises应力场分析．结果表明，在单 向均布载荷作用下 ，椭圆参数大于 2的椭圆孔的机械强度最优 ；在双 向不 同或相 同应力水平 的均布应力作用下 ，当双 向应力 比为 0．5～2．0时，圆形孑L板 的机械强度最优． 关键词 ：带孔板 ；最优 孑L形状 ；仿生设计 ；机械强度 中图分类号：TH122 文献标识码 ：A 文章编号 ：1006—754X(2003)06—0355—03 Bionicdesign ofplateswith holeusingFEM YAN Jian—hui，WANG Jiu—gen (DepartmentofMechanicalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China) Abstract：Theshapeofold crotchscarson treetrunkswasinvestigated，and theeffectsofhole shapeon themechanicalstrength oftheplateswith aholewereanalyzedwith a finite element softwareANSYS．TheM isesstressisusedtoevaluatethestrengthoftheplateswithahole．Re— suitsdemonstratethattheellipticalhole，whichellipticalparameterislargerthan 2，hasthebest mechanicalperformance，astheplateisunderuniform load inonedirection．Also，resultsshow thatthecircularholehasthebestperformanceisthebestone，astheratiooftheuniform loadsin two directionsiS0．5— 2．O． Keywords：platewithhole；optimum holeshape；bionicdesign；mechanicalstrength 自从工程力学 出现以来 ，基于弹塑性理论 、断裂 进行 了改进 ，而飞机窗户 的最优形状是怎样 的?这是 力学理论 ，对机械零部件 的强度设计 已得 到广泛研 本研究要解决 的问题 ． 究．随着数值计算方法与计算力学的发展 ，机械强度 1 仿生设计 的数值仿真与数值试验 已成为机械强度研究的发展 方 向之一．另一方面 ，仿生设计与机械强度 的结合也 树木上 的树桠被砍掉后 ，初期 的节疤形状近似 颇具发展前景 ，Mattheck研究了树干 、树根 、禽类骨 圆形 ；多年后 ，树木上 的节疤形状为一种椭 圆形状 ， 头 的仿生设计[1]，提 出用仿生优化 的方法来探求 自 而且椭 圆的长半轴在树 高方 向，短半轴在 圆周方 向， 然界 中的最优