首先,通过观察和分析课题实验中得到的高清晰度的蜻蜒翅膀图片,了解翅膀的网状翅脉结构特征和它的一些细部构造,再利用有限元分析软件ANSYS,建立蜻蜒翅膀结构的计算模型,用PIPE20单元模拟翅脉,用SHELIA3单元模拟翅膜。考虑几何非线性因素的影响,对翅膀模型分别在均布荷载、集中荷载、弯矩、扭矩作用下的结构性能进行分析,总结了蜻蜒翅膀网状翅脉结构的优越性。 然后,对翅脉、翅膜、翅痣所发挥的独特作用进行了深入地研究,并对翅脉进行了分类,通过改变翅脉的横截面几何尺寸和材料弹性模量,考察了这些参数的变化对翅膀受力性能的影响,并揭示了分布在翅膀不同区域的翅脉横截面尺寸与其受力大小是完全相适应的:对翅膜着重分析它的应力刚化作用,并且借鉴翅膀上出现的不同网格,建立了4种简化模型,研究发现,翅膜应力刚化是翅膀正常工作的必要条件,并且解释了翅脉、翅膜在蜻蜒翅膀上是如何共同工作的;此外,还对翅膀前缘靠近翼尖附近的翅痣所发挥的独特作用进行了研究,从它在翅膀上的位置和质量密度大小这两个方面,分析了它们对翅膀振动性能的影响,解释了翅痣对蜻蜒翅膀的减振、消震机理。 最后,基于以上的研究成果,本文提出了三种新型薄壁空间网格结构体系,应用的材料包括钢梁与碳纤维复合材料薄板。新型仿生结构体系借鉴了蜻蜒翅膀翅脉、翅膜共同工作的原理,使复合材料板壳在荷载作用下尽可能地处于张拉状态,且使钢管和复合材料板壳能够保持协调工作,从而获得更合理的刚度。基于结构仿生和材料仿生,本文提出了三个新型仿生薄壁空间网格结构模型,即球面薄壁网格模型、柱面薄壁网格模型和双曲薄壁扁壳模型,并用ANSYS对它们分别进行了非线性分析,发现新型仿生结构体系在柱面薄壁网格模型上能够得到很好的应用,并且与普通的三向网格网壳相比优势明显。为进一步验证该新型仿生模型的合理性和适用性,还将其结合具体的工程实例进行了分析。