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独角仙鞘翅微结构及其纳米力学性能
  • ISSN号:1000-3851
  • 期刊名称:复合材料学报
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:TB332[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]江苏大学机械工程学院,镇江212013, [2]南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所,南京210016
  • 相关基金:国家自然科学基金(51005105,90916021);江苏大学高级人才启动基金(10JDG058)
  • 相关项目:基于甲虫材料的轻质强韧耐磨仿生材料的研究
作者: 杨志贤|
中文摘要:

利用SEM对独角仙鞘翅的微结构进行了观测,并借助纳米压痕仪测试分析了鞘翅的纳米力学性能。SEM试验表明独角仙鞘翅是一种具有拱形空腔的中空轻质生物复合材料,其断面占空比为26.36%。鞘翅由外表皮和内表皮构成,而内表皮又通过11~12层纤维层采用45。角正交叠加铺设,层间辅以许多微纤维丝交叉连接方式编织在一起,形成层合板结构。试验测得鞘翅外表皮纳米力学性能分别为:硬度(0.28±0.13)GPa,弹性模量(5.62±1.21)GPa,接触刚度(1.67±0.14)×104N/m。其纳米力学性能呈现拓扑分布规律,由头部至尾部区域有增大趋势。试验测试结果为后续研究中设计一种基于独角仙鞘翅的新型轻质仿生结构提供了仿生学模型和理论参考。

英文摘要:

The micro structure of elytra was observed by SEM. The nano-mechanical property of elytra was tested and analyzed with a nano-indentation machine. SEM images indicate that the elytra of AlZomyrina dichotoma are lightweight biological composites with a hollow structure like as arch shape. The duty ratio of cross- section is 26.36 %. The elytra are composed of epicuticle(EPI) and exocuticle(EXO). The exocuticle consists of 11~ 12 fiber layers, laying in quadrature manner with a ply angle 45~ plus lots of fibrils braiding across, which form a laminated plate structure. The hardness, modulus and contact stiffness of epicuticle in elytra acquired with nano-indentation testing are (0.28±0. 13) GPa, (5. 62 ±1. 21) GPa and (1. 67 ± 0. 14) X 104 N/m, respectively. The nano- mechanical properties of elytra present a topological distribution characteristic, namely is a gradually incremental tendency from the cephalosome zone to the empennage zone. The results may provide biological template and biomimetie theory to design a new lightweight bionic structure inspired by the elytra in beetle Allomyrina dichotoma for the further researches.

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期刊信息
  • 《复合材料学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:工业和信息化部
  • 主办单位:北京航空航天大学 中国复合材料学会
  • 主编:益小苏
  • 地址:北京海淀区学院路37号
  • 邮编:100083
  • 邮箱:
  • 电话:010-82316907
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3851
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1801/TB
  • 邮发代号:80-413
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 被引量:17731