摘要：多层复合管在工程领域中应用广泛,但对其抗扭性质研究却较匮乏。为揭示竹象虫头管的抗扭转机理,该文利用电子扫描显微镜、X射线能谱仪和纳米压痕测试仪对竹象虫头管的内部结构、组成成分和纳米力学特性进行了分析。结果得出,竹象虫头管是由组织形貌、成分、力学性质各异的多种结构组成的多层中空复合管,其中外层主要为致密的几丁质,内层根据组织形貌又可分为轴向层和周向层,轴向层由片状脂类或糖类聚合物排列而成,周向层主要由纤维-蛋白基质排列而成,加强筋径向分布在管壁中,贯通多个轴向和周向层。其中,周向层的弹性模量、硬度和刚度最大。在头管结构研究的基础上,建立了仿生管模型,并采用ANSYS有限元软件对仿生管模型进行扭转分析,揭示了竹象虫头管多层排列的合理性。同时优化结果表明,提高内层材料的弹性模量,可以增加多层复合管的抗扭能力。该研究可为多层复合管抗扭转能力的增强设计提供参考。

关键词：仿生 有限元法 模型 多层复合管 竹象虫 

单位：吉林大学生物与农业工程学院/吉林大学工程仿生教育部重点实验室; 长春130025