[發(fā)明專利]一種仿生蜘蛛網(wǎng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010258100.6
• 申請日: 2010-08-19
• 公開（公告）號: CN101950316A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁松梅;呂茂斌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種仿生蜘蛛網(wǎng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于：仿生蜘蛛網(wǎng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)形式，即圓環(huán)形蜘蛛網(wǎng)復(fù)合材料仿生結(jié)構(gòu)和圓弧形蜘蛛網(wǎng)復(fù)合材料仿生結(jié)構(gòu)，它們分別由心環(huán)(1)，圓環(huán)形規(guī)則緯線(2)，規(guī)則經(jīng)線(3)，不規(guī)則經(jīng)線(4)，空心(5)和圓弧形規(guī)則緯線(6)組成；該方法具體步驟如下：

步驟一：首先用有限元分析軟件Ansys、Abaqus對原結(jié)構(gòu)件的受力進行靜力分析，得到結(jié)構(gòu)件的受力變形云圖，從變形云圖中觀察到結(jié)構(gòu)變形的梯度變化；

步驟二：從結(jié)構(gòu)件的變形云圖中找到最大變形區(qū)的位置；最大變形區(qū)是一小塊面積，將心環(huán)(1)的中心選擇在最大變形處面積的中心位置，心環(huán)(1)結(jié)構(gòu)的半徑取決于最大變形區(qū)的大小并將最大變形區(qū)覆蓋，心環(huán)(1)結(jié)構(gòu)采用大彈性模量的材料；

步驟三：最大變形區(qū)周圍梯度曲線密集，變形量大小的變化緩慢，變形量也明顯比結(jié)構(gòu)件的其它部分大，是最大變形集中區(qū)，此處選擇布置圓環(huán)形、圓弧形規(guī)則緯線(2)、(6)和規(guī)則經(jīng)線(3)；圓環(huán)形、圓弧形規(guī)則緯線(2)、(6)的間隔在離最大變形區(qū)越近越小，離變形區(qū)越遠越大；圓環(huán)形、圓弧形規(guī)則緯線(2)、(6)的最大半徑等于或大于最大變形集中區(qū)的半徑；在靠近最大變形區(qū)的圓環(huán)形、圓弧形規(guī)則緯線(2)、(6)選擇彈性模量較大的材料，即與心環(huán)(1)材料相同；在離最大變形區(qū)遠的圓環(huán)形、圓弧形規(guī)則緯線(2)、(6)可以選擇與原結(jié)構(gòu)件相同的材料；

步驟四：規(guī)則經(jīng)線(3)的布置就是沿著圓環(huán)形、圓弧形規(guī)則緯線(2)、(6)緯線的中心向此周擴散，也就是沿著變形變化的梯度方向；規(guī)則經(jīng)線(3)的分布密度依據(jù)最大變形集中區(qū)與最大變形區(qū)變形的數(shù)量級而定，數(shù)量級差別比較大，布置的密度就可以加大些，選擇布置10～16條，規(guī)則經(jīng)線(3)的材料可以選擇與原結(jié)構(gòu)件相同的材料；

步驟五：在最大變形集中區(qū)外，還會有些地方的變形比較大，但是比以上兩區(qū)域的變形要小的多；這時可以沿著這些區(qū)域變形的梯度方向布置一些不規(guī)則經(jīng)線(4)；不規(guī)則經(jīng)線(4)的材料選用與原結(jié)構(gòu)件相同的材料；

步驟六：最后是在結(jié)構(gòu)件受力變形較小的部分去除部分材料形成空心(5)的結(jié)構(gòu)，以減輕整個結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量；空心(5)部分的去除要結(jié)合結(jié)構(gòu)件的模態(tài)分析進行，判斷的標準是空心(5)結(jié)構(gòu)的去除對結(jié)構(gòu)件動剛度的影響是否符合設(shè)計者的初始要求；

步驟七：按照以上設(shè)計步驟對原結(jié)構(gòu)件進行反復(fù)改進設(shè)計，直到修改的結(jié)果滿足設(shè)計者的要求。