一种仿生蜘蛛网复合材料结构的设计方法技术

一种仿生蜘蛛网复合材料结构的设计方法，有七大步骤，（１）用有限元分析软件对原结构件的受力进行静力分析，得到结构件的受力变形云图；（２）从结构件的变形云图中找到最大变形区的位置；（３）选择布置圆环形、圆弧形规则纬线和规则经线；其最大半径等于或大于最大变形集中区的半径；（４）规则经线的布置沿着圆环形、圆弧形规则纬线的中心向此周扩散；其密度依据最大变形集中区与最大变形区变形的数量级而定；（５）在最大变形集中区外，沿着这些区域变形的梯度方向布置不规则经线；（６）最后在结构件受力变形较小的部分去除部分材料形成空心的结构，以减轻整个结构件的质量；（７）按照以上步骤对原结构件进行反复改进设计，直到满足要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体涉及航天、航空等军 工领域的部件、机床部件结构的轻量化设计，是一种结构的设计方法。属于航天航空及各种 机械结构轻量化设计

技术介绍
航天航空技术的发展对各种飞行器的设计提出了更高的要求，在提高飞行器的速 度的同时保证其可靠性成为研究的重点，这使得飞行器的轻量化设计越来越重要。机械加工技术要求机床具有高加速度、高精度。这就要求机床运动部件小质量、高 刚度，即运动结构部件的比刚度要高。这也对机床的轻量化设计提出了要求。目前，这些部件轻量化设计主要有两种方法一是通过使用“比刚度、比强度”比较 高的材料或纤维增强材料。另一种方法是在一定的材料的前提下，分析结构的载荷情况，优 化结构的材料分布，提高其强度和刚度，从而获得高“比强度”、“比刚度”的结构。在现有结 构设计理论基础上，要进一步降低结构件重量，提高结构件的承力性能，必须寻找新的结构 设计方法和思路。自然界的生物经过了漫长的进化过程，逐渐形成了各种各样的力学性能优异、构 造独特的生物结构。这些结构为人类解决工程技术问题提供了启发性的素材。蜘蛛网的结 构就是大自然塑造的神奇结构其中之一。蜘蛛网能够承受很大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生蜘蛛网复合材料结构的设计方法，其特征在于：仿生蜘蛛网复合材料结构有两种结构形式，即圆环形蜘蛛网复合材料仿生结构和圆弧形蜘蛛网复合材料仿生结构，它们分别由心环（１），圆环形规则纬线（２），规则经线（３），不规则经线（４），空心（５）和圆弧形规则纬线（６）组成；该方法具体步骤如下：步骤一：首先用有限元分析软件Ａｎｓｙｓ、Ａｂａｑｕｓ对原结构件的受力进行静力分析，得到结构件的受力变形云图，从变形云图中观察到结构变形的梯度变化；步骤二：从结构件的变形云图中找到最大变形区的位置；最大变形区是一小块面积，将心环（１）的中心选择在最大变形处面积的中心位置，心环（１）结构的半径取决于最大变形区的大小并...

【技术特征摘要】
一种仿生蜘蛛网复合材料结构的设计方法，其特征在于仿生蜘蛛网复合材料结构有两种结构形式，即圆环形蜘蛛网复合材料仿生结构和圆弧形蜘蛛网复合材料仿生结构，它们分别由心环(1)，圆环形规则纬线(2)，规则经线(3)，不规则经线(4)，空心(5)和圆弧形规则纬线(6)组成；该方法具体步骤如下步骤一首先用有限元分析软件Ansys、Abaqus对原结构件的受力进行静力分析，得到结构件的受力变形云图，从变形云图中观察到结构变形的梯度变化；步骤二从结构件的变形云图中找到最大变形区的位置；最大变形区是一小块面积，将心环(1)的中心选择在最大变形处面积的中心位置，心环(1)结构的半径取决于最大变形区的大小并将最大变形区覆盖，心环(1)结构采用大弹性模量的材料；步骤三最大变形区周围梯度曲线密集，变形量大小的变化缓慢，变形量也明显比结构件的其它部分大，是最大变形集中区，此处选择布置圆环形、圆弧形规则纬线(2)、(6)和规则经线(3)；圆环形、圆弧形规则纬线(2)、(6)的间隔在离最大变形区越近越小，离变形区越远越大；圆环形、圆弧形规则纬线(2)、(6)的最大半径等于或大于最大变形集中区的半径；在靠...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁松梅，吕茂斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]