基于ANSYS的竹象虫头管仿生模型抗扭转分析

来源：农业工程学报杂志2016年第12期北京时间：

作者：许顺,佟金,马云海,李默,

摘要：多层复合管在工程领域中应用广泛，但对其抗扭性质研究却较匮乏。为揭示竹象虫头管的抗扭转机理，该文利用电子扫描显微镜、X射线能谱仪和纳米压痕测试仪对竹象虫头管的内部结构、组成成分和纳米力学特性进行了分析。结果得出，竹象虫头管是由组织形貌、成分、力学性质各异的多种结构组成的多层中空复合管，其中外层主要为致密的几丁质，内层根据组织形貌又可分为轴向层和周向层，轴向层由片状脂类或糖类聚合物排列而成，周向层主要由纤维-蛋白基质排列而成，加强筋径向分布在管壁中，贯通多个轴向和周向层。其中，周向层的弹性模量、硬度和刚度最大。在头管结构研究的基础上，建立了仿生管模型，并采用ANSYS有限元软件对仿生管模型进行扭转分析，揭示了竹象虫头管多层排列的合理性。同时优化结果表明，提高内层材料的弹性模量，可以增加多层复合管的抗扭能力。该研究可为多层复合管抗扭转能力的增强设计提供参考。

关键词：仿生, 有限元法, 模型, 多层复合管, 竹象虫, 扭矩