为了提高机床的强度与刚度,使它具有良好的动静态特性。基于叶片褶皱稳定结构及叶脉分布结构的特点,建立叶片褶皱及叶脉的力学模型。以五轴数控机床的床身构件为研究对象,在SolidWorks环境下对床身构件进行全叶片的数字化仿生设计,通过Workbench对床身构件进行动静态特性分析。研究结果表明:仿生设计床身与原床身相比,比刚度效能提高14.39%,等效应力降低15.7%,质量减少2.17%,改善了床身动静态性能,实现了机床结构的仿生轻量化设计。

从结构仿生的观点出发,提出了“孔壳夹芯结构”模型,通过模拟样件试验,归纳出了“孔壳夹芯结构”的压缩变形机制,得出“蛋壳夹芯结构”的承载能力主要取决于“蛋壳”的材料、结构尺寸和排列角度等因素的结论.应用薄壳理论,算出了“蛋壳”单元在承受均布压力情况下的屈曲临界压力,同时,对“蛋壳”单元建立有限元模型,进行了静力学和屈曲模态分析,为进一步的“蛋壳夹芯结构”的工程轻量化设计提供了理论依据.

为了使塔式起重机自身重量更轻，更易于安装和运输，以此降低生产和运行成本，引入了结构仿生设计思想。以QTZ40塔式起重机臂架结构为研究对象，利用结构仿生设计方法对塔式起重机臂架结构进行了仿生优化设计。经研究、分析发现王莲叶脉的构型符合黄金分割定律，依据相似性评价标准。确定王莲为臂架仿生原型，结合臂架拓扑优化结果和王莲构型规律，确定了臂架的仿生优化设计方案。利用APDL语言建立了臂架的有限元模型，接着利用ANSYS软件对臂架原结构和仿生结构分别进行静力学分析计算，结果显示，仿生模型较原模型减重11．41％，并且在强度、刚度等方面均取得了较好的优化效果。