結(jié)構(gòu)仿生學(xué)與新型有限元計(jì)算理論

內(nèi)容概要

結(jié)構(gòu)仿生學(xué)已在土木建筑、航空航天、機(jī)械工程和工程力學(xué)等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本書(shū)介紹了作者針對(duì)蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)開(kāi)展的仿生研究在新型有限元計(jì)算理論和結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)等方面取得的新成果。內(nèi)容包括：仿生學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和工程應(yīng)用前景綜述，以及各種高層建筑結(jié)構(gòu)和大跨空間結(jié)構(gòu)體系的仿生設(shè)計(jì)原理與方法；系列新型協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)梁元和三邊形、四邊形曲殼單元計(jì)算理論及五種超級(jí)有限單元；常用的結(jié)構(gòu)非線性平衡方程增量求解方法；蜻蜓翅膀樣本試驗(yàn)成果及對(duì)蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析得出的啟示性結(jié)論；新型空間結(jié)構(gòu)體系仿生（蜻蜓翅膀）設(shè)計(jì)等。    本書(shū)可作為土木建筑、航空航天、機(jī)械工程和工程力學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、技術(shù)人員、高等學(xué)校教師、研究生和高年級(jí)本科生的參考資料。

書(shū)籍目錄

前言第1章  緒論　1.1  結(jié)構(gòu)仿生學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景　1.2  建筑結(jié)構(gòu)仿生學(xué)的分類(lèi)及工程應(yīng)用實(shí)例　1.3  結(jié)構(gòu)仿生學(xué)中的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題　1.4  蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)仿生及新型有限元計(jì)算理論　參考文獻(xiàn)第2章  新型協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)二維梁?jiǎn)卧?jì)算理論　2.1  概述　2.2  二維梁元的協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)框架描述　2.3  二維梁元的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程　2.4  二維梁元在局部坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　2.5  二維梁元在整體坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　2.6  算例分析　2.7  結(jié)語(yǔ)　參考文獻(xiàn)　附錄第3章  新型協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)三維梁?jiǎn)卧?jì)算理論　3.1  概述　3.2  三維梁元協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)框架描述　3.3  三維梁元的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程　3.4  三維梁元在局部坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　3.5  三維梁元在整體坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　3.6  等效節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算　3.7  算例分析　3.8  結(jié)語(yǔ)　參考文獻(xiàn)　附錄第4章  新型協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)四邊形曲殼單元計(jì)算理論　4.1  概述　4.2  四邊形曲殼單元協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)框架描述　4.3  四邊形曲殼單元的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程　4.4  四邊形曲殼單元在局部坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　4.5  四邊形曲殼單元在整體坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　4.6  算例分析　4.7  結(jié)語(yǔ)　參考文獻(xiàn)　附錄第5章  新型協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)三邊形曲殼單元計(jì)算理論　5.1  概述　5.2  三邊形曲殼單元協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)框架描述　5.3  三邊形曲殼單元的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程　5.4  三邊形曲殼單元在局部坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　5.5  三邊形曲殼單元在整體坐標(biāo)系下的切線剛度矩陣　5.6  算例分析　5.7  結(jié)語(yǔ)　參考文獻(xiàn)　附錄第6章  新型協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)超級(jí)有限單元　6.1  概述　6.2  四邊形曲殼單元公式的改進(jìn)　6.3  三邊形曲殼單元公式的改進(jìn)　6.4  梁元與曲殼單元雜交多邊形超級(jí)單元　6.5  結(jié)語(yǔ)　參考文獻(xiàn)　附錄第7章  結(jié)構(gòu)非線性平衡方程的增量求解方法　7.1  概述　7.2  廣義位移控制法　7.3  位移控制法　7.4  弧長(zhǎng)法　7.5  位移擾動(dòng)法和力擾動(dòng)法　參考文獻(xiàn)第8章  蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)性能研究及新型空間結(jié)構(gòu)體系仿生設(shè)計(jì)　8.1  概述　8.2  蜻蜓翅膀樣本試驗(yàn)　8.3  蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及有限元分析　8.4  新型空間結(jié)構(gòu)體系仿生設(shè)計(jì)　8.5  結(jié)語(yǔ)　參考文獻(xiàn)第9章  總結(jié)與展望　9.1  本書(shū)內(nèi)容總結(jié)　9.2  需進(jìn)一步開(kāi)展的研究工作

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　結(jié)構(gòu)仿生學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景　　自然界中現(xiàn)存的生物物種，大多都是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化和自然選擇后幸存下來(lái)的。優(yōu)勝劣汰、適者生存，這一生物生存規(guī)律，一方面使優(yōu)良的生物物種保留了下來(lái)；另一方面也促進(jìn)了這些物種不斷地進(jìn)化，以適應(yīng)千變?nèi)f化的自然環(huán)境，因此許多生物物種在結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能等方面都得到了全面優(yōu)化。人類(lèi)完全有必要研究和借鑒這些生物物種的優(yōu)點(diǎn)，以改善人類(lèi)的生存條件和生活質(zhì)量。Gayley在18世紀(jì)首次提出了“仿生學(xué)（bionics）”的概念；1960年9月在美國(guó)俄亥俄州召開(kāi)了首屆仿生學(xué)研討會(huì)，并進(jìn)一步明確了仿生學(xué)的概念和定義；文獻(xiàn)對(duì)仿生學(xué)進(jìn)行了更確切的定義，即仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性狀、原理、行為以及相互作用，從而為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想、工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成的技術(shù)科學(xué)，是一門(mén)生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、數(shù)學(xué)與力學(xué)、信息科學(xué)、工程技術(shù)以及系統(tǒng)科學(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科。仿生學(xué)為科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新提供了新思路、新原理和新理論。雖然仿生學(xué)的概念出現(xiàn)還不到300年，但人類(lèi)通過(guò)仿生途徑進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造卻已有悠久的歷史，如古人模仿落葉浮水漂流而建造了船，從蜘蛛織網(wǎng)捕捉昆蟲(chóng)中受到啟發(fā)而發(fā)明了漁網(wǎng)，原始人的“巢居”則是對(duì)鳥(niǎo)窩的模仿等。仿生學(xué)目前已在土木建筑、航空航天和機(jī)械等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。羽茅草和禾本科植物的長(zhǎng)葉往往卷曲成筒形或殼形，具有天然的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)，在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中它們形成了最合理、最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形態(tài)?！　　?/pre>








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