山东大学：《仿生学》课程教学资源（PPT课件）第二章 结构仿生 2.1 结构仿生简介 2.2 仿生材料

课程简介 神奇的仿生工程 课程主要内容 1.绪论 2.结构仿生 3.能量仿生 4.力学仿生 5.信息与控制仿生 6.仿生系统工程

神奇的仿生工程 1 课程主要内容 1. 绪论 2. 结构仿生 3. 能量仿生 4. 力学仿生 5. 信息与控制仿生 6. 仿生系统工程 课程简介

第二章结构仿生 神奇的仿生工程 2.1结构仿生简介 22仿生材料 2.3仿生结构 24仿生系统

神奇的仿生工程 2 第二章 结构仿生 2.1 结构仿生简介 2.2 仿生材料 2.3 仿生结构 2.4 仿生系统

2.1结构仿生简介 神奇的仿生工程 结构仿生一一以工程力学原理为基础,研究生物体不同结构层次(微观、细 观、宏观)的形态以获得灵感,进而对材料、结构、系统进行仿生模拟,提高工 程结构效率 什么是结构仿生? 27g

神奇的仿生工程 3 结构仿生——以工程力学原理为基础，研究生物体不同结构层次(微观、细 观、宏观)的形态以获得灵感，进而对材料、结构、系统进行仿生模拟，提高工 程结构效率。 2.1 结构仿生简介 什么是结构仿生？

21结构仿生简介 神奇的仿生工程 早期一—模拟生物外形,随着对自然认识的深入和研究手段的进步,仿生学 经历了从功能模拟到结构仿生再到信息仿生,从力学仿生到物理仿生再到化学仿 生,从个体仿生到生态仿生再到控制仿生这样一个逐步发展的过程。 结构仿生的发展

神奇的仿生工程 4 早期——模拟生物外形，随着对自然认识的深入和研究手段的进步，仿生学 经历了从功能模拟到结构仿生再到信息仿生，从力学仿生到物理仿生再到化学仿 生，从个体仿生到生态仿生再到控制仿生这样一个逐步发展的过程。 2.1 结构仿生简介 结构仿生的发展

21结构仿生简介 神奇的仿生工程 ●苏联—一水生动物(如海 结构仿生的发展 豚)皮肤形态的研究,为 血。真皮 表皮 舰艇设计提供仿生思路: 表皮 皮 ●英国——将断裂力学应用 肌肉 到生物复合材料研究,如 应用鹿角韧性机理进行冲 击防护设计 ●中国一一赵晓鹏等研究了 短纤维增强复合材料的仿 生模型,哑铃状纤维增强 混凝土试验表明,可使材 料的抗弯强度提高20%

神奇的仿生工程 5 2.1 结构仿生简介 ⚫ 苏联——水生动物(如海 豚)皮肤形态的研究，为 舰艇设计提供仿生思路； ⚫ 英国——将断裂力学应用 到生物复合材料研究，如 应用鹿角韧性机理进行冲 击防护设计； ⚫ 中国——赵晓鹏等研究了 短纤维增强复合材料的仿 生模型，哑铃状纤维增强 混凝土试验表明，可使材 料的抗弯强度提高20％； 结构仿生的发展

21结构仿生简介 神奇的仿生工程 结构仿生的发展 研究哺乳动物骨骼截面形状与承力性能的关系; 研究骨结构流固耦合机理及对载荷分散的影响; ●研究鸟类及昆虫的飞行机理,为飞行器设计提供了重要理论依据 ●结构仿生研究已普遍运用有限元对生物结构进行力学性能分析、仿真和预测 〔复植七模觉McoM舞边被计黄游供者》

神奇的仿生工程 6 ⚫ 研究哺乳动物骨骼截面形状与承力性能的关系； ⚫ 研究骨结构流固耦合机理及对载荷分散的影响； ⚫ 研究鸟类及昆虫的飞行机理，为飞行器设计提供了重要理论依据； ⚫ 结构仿生研究已普遍运用有限元对生物结构进行力学性能分析、仿真和预测 结构仿生的发展 2.1 结构仿生简介

第二章结构仿生 神奇的仿生工程 2.1结构仿生简介 22仿生材料 2.3仿生结构 24仿生系统

神奇的仿生工程 7 第二章 结构仿生 2.1 结构仿生简介 2.2 仿生材料 2.3 仿生结构 2.4 仿生系统

22仿生材料 神奇的仿生工程 )2.1仿生材料简介 2.22天然生物材料特性 22.3天然生物材料结构特征与仿生

神奇的仿生工程 8 2.2 仿生材料 2.2.1 仿生材料简介 2.2.2 天然生物材料特性 2.2.3 天然生物材料结构特征与仿生

22仿生材料 神奇的仿生工程 天然生物材料具有适应其环境及功能需要的超复杂结构组装,其表现岀的优 异强韧性、功能适应性及损伤愈合能力,是传统人工合成材料无法比拟的。 列如8 蜘蛛丝,比防弹背心还坚硬 甲壳虫坚硬的外壳

神奇的仿生工程 9 2.2 仿生材料 天然生物材料 具有适应其环境及功能需要的超复杂结构组装，其表现出的优 异强韧性、功能适应性及损伤愈合能力，是传统人工合成材料无法比拟的。 甲壳虫坚硬的外壳 蜘蛛丝，比防弹背心还坚硬

22.1仿生材料简介 神奇的仿生工程 Bio-inspired 仿生材料——受生物启发或模仿生物的各种特性而开发的材料 什么是仿生材料? 仿生材料学是涉及生物材料的组成结构、性能与制备相互关系和规律的科学, 其主要目的是在分析天然生物材料微组装、生物功能及形成机理基础上,发 展新型医用材料,以用于人体组织器官修复与替代,发展仿生高性能工程材 料 0

神奇的仿生工程 10 仿生材料——受生物启发或模仿生物的各种特性而开发的材料。 2.2.1 仿生材料简介 什么是仿生材料？ ⚫ 仿生材料学是涉及生物材料的组成结构、性能与制备相互关系和规律的科学， 其主要目的是在分析天然生物材料微组装、生物功能及形成机理基础上，发 展新型医用材料，以用于人体组织器官修复与替代，发展仿生高性能工程材 料