甲虫前翅仿生应用基础研究二十年:内部结构、模型及其一体化蜂窝板

回顾了笔者从事甲虫前翅仿生研究20年的历程:前期(1997~2007年)主要指出了甲虫前翅具有以小柱为中空层的轻质变截面边框结构,由此可获得所需的抗弯模量和转动惯量;独角仙前翅为非等角的叠层结构、具有异方性的拉伸强度;首次获得了整个前翅小柱的分布状态;实施了前翅的剥离实验,实证了小柱根部具有将剥离破坏转换成纤维拉伸断裂的作用,从而具有很强的抗剥离力学性能;同时提出了以蛋白质为芯的小柱模型和(空心)小柱-蜂窝三维结构模型,阐明了雌雄独角仙和锹形虫前翅结构的不同设计手法及其生物学意义.中期(2008~2015年)主要开发了一体化蜂窝板的制备技术;提出了完全一体化蜂窝板的概念与模型;定性地考察了多体成型、短切增强纤维长度、工艺小孔及其小柱对仿生样品力学性能的影响规律;初步证实了仿生一体化蜂窝板的优越性.最后在指出了前期研究成果对同行的影响、中期研究中存在问题的同时,简介了最新(2015~2017年)的研究进展.不仅全面验证了笔者最初对甲虫前翅具有轻质高强结构的推理,而且也充分显示了仿生学的价值和意义所在.