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机床立柱的竹子结构仿生设计及性能分析
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作者 李有堂 连虎强 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第4期18-22,共5页
为了提高机床的静、动态特性,通过分析竹子与机床立柱在结构、功能、载荷和约束4个方面的相似性,提出机床立柱结构仿生思想。通过仿生设计源流与设计流程,将竹子特有的维管束和竹节结构设计到机床立柱上,并合理地布置加强筋,以立式数控... 为了提高机床的静、动态特性,通过分析竹子与机床立柱在结构、功能、载荷和约束4个方面的相似性,提出机床立柱结构仿生思想。通过仿生设计源流与设计流程,将竹子特有的维管束和竹节结构设计到机床立柱上,并合理地布置加强筋,以立式数控机床的立柱为例,应用有限元软件分析其静、动态特性,得到设计结果为:相对于原型铸铁材料立柱,仿生型立柱质量减小了14.22%,最大等效应力和最大变形都得到了不同程度的改善;在满足轻量化的前提下,仿生型机床立柱的静态特性有显著提高。模态分析中仿生型结构材料前6阶固有频率均要高于铸铁材料立柱,通过谐响应分析,仿生型材料立柱在X轴、Y轴的最大响应振幅分别减少了62.37%、25.18%。从而证明结构仿生型立柱具有更优越静、动态特性。 展开更多
关键词 结构仿生 相似性 机床立柱 静动态特性
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BFPC立柱结构仿生多目标优化设计 被引量:2
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作者 李有堂 连虎强 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期87-93,107,共8页
以立式数控机床立柱为研究对象,提出玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt Fiber reinforced Polymer Concrete,BFPC)立柱结构仿生新构型。建立机床立柱有限元模型,通过静动态性能分析,基于响应面法和遗传算法,对影响BFPC立柱性能较大的设计参... 以立式数控机床立柱为研究对象,提出玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt Fiber reinforced Polymer Concrete,BFPC)立柱结构仿生新构型。建立机床立柱有限元模型,通过静动态性能分析,基于响应面法和遗传算法,对影响BFPC立柱性能较大的设计参数进行拉丁超立方实验设计,通过灵敏度分析建立响应面模型,选取立柱质量、最大静变形量和一阶固有频率作为优化目标,利用多目标遗传算法得到Pareto最优解集。仿真结果表明,与原型立柱相比,优化后的立柱质量减小了42.64%,最大静变形量减小了20.98%,一阶固有频率提高了2.99%,该优化方法使得立柱静动态性能显著提升,达到轻量化和最佳尺寸的设计效果,可以为立柱优化设计提供参考。 展开更多
关键词 机床立柱 结构仿生 响应面法 遗传算法 多目标优化
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机床立柱高比刚度结构仿生设计 被引量:19
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作者 杨永彬 陈五一 赵大海 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期991-994,共4页
提高机床运动结构的比刚度对于提高机床加工精度以及系统动力学性能具有重要作用.基于结构仿生的原理和方法,在分析骨架对生物体刚度的贡献以及体现了最佳的载荷路径这一思想的基础上,对叶片抛磨机立柱内部的筋板结构进行重新设计,使其... 提高机床运动结构的比刚度对于提高机床加工精度以及系统动力学性能具有重要作用.基于结构仿生的原理和方法,在分析骨架对生物体刚度的贡献以及体现了最佳的载荷路径这一思想的基础上,对叶片抛磨机立柱内部的筋板结构进行重新设计,使其发挥骨架的作用.对原型及仿生型立柱进行了静力、模态及瞬态动力学分析,经过有限元分析发现,立柱的质量减小,比刚度结构效能得到了较大的提高,其静动力学性能也有明显的改善. 展开更多
关键词 比刚度 结构仿生 立柱 生物骨架 载荷路径
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基于王莲叶脉分布的塔式起重机臂架结构仿生设计 被引量:11
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作者 陶义 王宗彦 +1 位作者 王珂 冯琦 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第3期36-39,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 塔式起重机 臂架 结构仿生 王莲
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结构仿生新进展 被引量:9
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作者 岑海堂 汪苏 陈五一 《机械设计》 CSCD 北大核心 2003年第11期1-3,12,共4页
从宏观到细观再到微观,结构仿生不断从生物界获得灵感。重点介绍了结构仿生在仿生材料研究、仿生结构设计和仿生系统开发三方面的新进展,指出了结构仿生的发展趋势,强调了多学科协作和仿生理论研究的重要性。
关键词 结构仿生 仿生材料 仿生系统 智能材料 多孔金属材料
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基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计 被引量:10
6
作者 刘良宝 陈五一 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1596-1600,共5页
针对薄壁件的轻量化设计要求,在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上,以飞机盖板原型为对象,应用结构仿生设计方法,对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计,利用ANSYS APDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行... 针对薄壁件的轻量化设计要求,在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上,以飞机盖板原型为对象,应用结构仿生设计方法,对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计,利用ANSYS APDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行筋板结构参数优化.有限元分析结果表明,相对于原型盖板,结构参数优化后的仿生型盖板质量减小,比强度结构效能有较大提高,静力学性能明显改善. 展开更多
关键词 叶脉 结构仿生 盖板 筋板分布 比强度效能
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采用结构仿生的重型机床立柱的综合优化 被引量:13
7
作者 李宇鹏 巴春来 刘来超 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期1621-1625,1637,共6页
以重型球形蜗杆砂轮磨齿机立柱为研究对象,以应变能最小和1阶固有频率最大为目标,以体积分数为约束,对重型立柱结构进行拓扑优化,得到复杂载荷下材料的最佳分布。结合结构仿生优化和尺寸优化对立柱内部复杂结构进行优化。优化前后立柱... 以重型球形蜗杆砂轮磨齿机立柱为研究对象,以应变能最小和1阶固有频率最大为目标,以体积分数为约束,对重型立柱结构进行拓扑优化,得到复杂载荷下材料的最佳分布。结合结构仿生优化和尺寸优化对立柱内部复杂结构进行优化。优化前后立柱的静动态性能指标的对比结果表明:立柱的静动态性能显著提升,内部复杂结构的仿生轻量化和尺寸最佳得以实现,从而验证了综合优化的有效性。 展开更多
关键词 重型机床立柱 拓扑优化 结构仿生优化 尺寸优化
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温室结构仿生设计的可行性研究 被引量:3
8
作者 史晓君 于海业 《农机化研究》 北大核心 2011年第7期73-77,共5页
我国是农业大国,发展设施农业具有非常重要的意义。为此,通过对我国温室发展现状的分析,明确了温室结构优化设计的重要性,同时通过仿生学在建筑中的应用研究,结合蜻蜓翅膀结构功能以及国内外研究现状,对温室结构的仿生设计进行了可行性... 我国是农业大国,发展设施农业具有非常重要的意义。为此,通过对我国温室发展现状的分析,明确了温室结构优化设计的重要性,同时通过仿生学在建筑中的应用研究,结合蜻蜓翅膀结构功能以及国内外研究现状,对温室结构的仿生设计进行了可行性研究。 展开更多
关键词 温室结构设计 仿生 蜻蜓翅膀 结构仿生 有限元分析
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五轴数控机床床身的全植物叶片结构仿生设计 被引量:3
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作者 李兴山 刘殿坤 +1 位作者 吕玉山 李昌璐 《机床与液压》 北大核心 2023年第16期114-119,共6页
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W... 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。 展开更多
关键词 结构仿生 全叶片结构 比刚度 床身
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基于软木微结构仿生的轻质多孔结构设计与力学仿真分析 被引量:2
10
作者 李旺 魏新莉 +3 位作者 潘俊 杨冰 苏利江 马炜袁 《林产工业》 北大核心 2023年第10期20-23,39,共5页
软木是一种具有多孔层状细胞骨架的天然材料,具备质轻、隔热、吸音减震等优点。为了开发一种性能优异的轻质多孔结构,以栓皮栎软木微结构为仿生对象,根据相似性原理,利用Creo软件设计了CK-1和CK-2两种仿生结构,以及对照组CK-3等体积实... 软木是一种具有多孔层状细胞骨架的天然材料,具备质轻、隔热、吸音减震等优点。为了开发一种性能优异的轻质多孔结构,以栓皮栎软木微结构为仿生对象,根据相似性原理,利用Creo软件设计了CK-1和CK-2两种仿生结构,以及对照组CK-3等体积实心结构,并利用ANSYS Workbench软件对三种仿生结构进行静态抗压和三点弯曲非线性有限元仿真分析。结果表明:CK-2结构的抗压强度和比强度较CK-1结构分别提升12.7%和8.8%,抗弯强度和比强度较CK-1结构分别提升13.8%和9.8%,其抗压性能与抗弯性能比CK-1结构更优。同时,CK-2的多孔层状结构较对照组CK-3结构具有更轻的结构重量且材料利用率提升72.6%,因此,CK-2型结构作为家具用轻质多孔结构材料具有更好的性能优势和参考意义。 展开更多
关键词 软木 轻质多孔结构 结构仿生 相似性原理 仿真分析
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结构仿生的研究进展 被引量:1
11
作者 曹丰 李东旭 管自生 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第F11期211-213,共3页
综述了结构仿生的研究进展,介绍了目前生物表面结构,尤其是昆虫的表皮结构的研究,还介绍了纳米/微米复型技术及其应用,并展望了这一技术在制备类昆虫表皮微结构中的应用前景。
关键词 结构仿生 昆虫表皮 复型技术 生物表面结构 纳米/微米复型技术
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结构仿生设计方法及其在机械领域中的应用 被引量:7
12
作者 赵岭 王婷 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2012年第4期12-15,共4页
自然界中轻质高效的生物体结构是人类技术改进的灵感源泉,特别是生物体优异的结构、性能对工程技术的革新有借鉴意义。论文重点研究了结构仿生的研究方法及流程,分析了结构仿生在机械工程领域中的典型应用及进展,总结了结构仿生在机械... 自然界中轻质高效的生物体结构是人类技术改进的灵感源泉,特别是生物体优异的结构、性能对工程技术的革新有借鉴意义。论文重点研究了结构仿生的研究方法及流程,分析了结构仿生在机械工程领域中的典型应用及进展,总结了结构仿生在机械领域应用中的发现问题,并展望了结构仿生的发展前景。 展开更多
关键词 结构仿生 研究方法 机械工程
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结构仿生化黄麻纤维摩擦材料性能研究 被引量:2
13
作者 柴兴旺 闫志峰 +3 位作者 林福东 孙俊杰 陈东辉 马云海 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第S1期348-351,共4页
采用室温碱处理和热处理两种改性方法对黄麻纤维进行表面改性处理,以头发和羊毛纤维为原型,对黄麻纤维进行结构仿生,考察了仿生螺旋型黄麻纤维对摩擦材料摩擦性能的影响。结果表明:螺旋型黄麻纤维质量分数在3%,螺旋升角为66°时材... 采用室温碱处理和热处理两种改性方法对黄麻纤维进行表面改性处理,以头发和羊毛纤维为原型,对黄麻纤维进行结构仿生,考察了仿生螺旋型黄麻纤维对摩擦材料摩擦性能的影响。结果表明:螺旋型黄麻纤维质量分数在3%,螺旋升角为66°时材料的摩擦因数符合制动要求,并且耐磨性能最优。在100℃和150℃时,螺旋型黄麻纤维的加入增加了摩擦材料的摩擦因数;在200℃和250℃时,螺旋型黄麻纤维增强摩擦材料的摩擦因数随着纤维添加量的增加而减小,随着纤维螺旋升角的减小而略微减小,而平直型黄麻纤维增强摩擦材料的摩擦因数最高;在300℃和350℃时,螺旋型黄麻纤维摩擦材料表现出较好的耐磨性能,摩擦材料的摩擦因数随着螺旋型黄麻纤维螺旋升角的减小而减小。 展开更多
关键词 黄麻纤维 摩擦材料 结构仿生
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基于结构仿生的飞行器支架轻量化设计 被引量:4
14
作者 王永恒 陈五一 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第4期77-79,共3页
基于结构仿生的原理,在分析典型分支结构的构型特点的基础上,设计了仿生型支架结构。有限元分析的结果表明,与原型结构相比,仿生型结构的质量减轻7.35%,最大应力和最大变形都明显减小。
关键词 结构仿生 支架 轻量化 叶脉 蜻蜓膜翅
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横梁筋板的结构仿生设计及优化 被引量:8
15
作者 田亚峰 李正羊 +2 位作者 王礼明 赵坤坤 叶霞 《机床与液压》 北大核心 2016年第20期5-9,43,共6页
结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构;通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量;筋板结构确定... 结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构;通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量;筋板结构确定后,通过优化技术,以横梁的形变量、质量及固有频率作为性能指标,对横梁的关键尺寸进行灵敏度分析,以达到优化横梁的目的。优化后的新型筋板结构横梁与原型横梁相比在性能有了明显的提升。 展开更多
关键词 横梁筋板 结构仿生 拓扑优化 灵敏度分析
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水下观测机器人推进器的动态结构仿生设计研究 被引量:5
16
作者 包海默 赵天琦 +3 位作者 冯鸣 许若麟 安轩昂 宋梅萍 《包装工程》 CAS 北大核心 2023年第2期41-47,共7页
目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成... 目的为了更好地实现水下机器人在海洋牧场观测环境中的低速稳定航行,设计一种水下观测机器人的仿生推进器。方法结合结构仿生原理提出动态结构仿生设计方法,具体过程包括选择仿生对象、动态结构特征提取、生物特征与产品匹配、产品集成创新设计及设计评价。以水下观测机器人推进器为例,重点模仿蓝斑条尾魟胸鳍波动推进的形态与结构,分步骤完成仿生推进器造型和功能的动态结构仿生设计。结果通过流体动力学仿真评估,得到波动鳍表面压力分布情况,结果表明波动鳍推进能够产生一定的推力,验证了动态结构仿生设计方法的可行性。结论该仿生推进器具有低速稳定航行的特点,能够有效提升海洋牧场的观测能力,动态结构仿生设计方法对仿生推进器的结构设计具有借鉴意义。 展开更多
关键词 动态结构仿生 波动鳍 仿生推进器 水下观测机器人 流体动力学仿真
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从结构仿生到生态仿生看仿生学的发展 被引量:3
17
作者 林雁 《生物学教学》 北大核心 2002年第2期4-5,共2页
关键词 生态产业 结构仿生 生态仿生 仿生 发展
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海洋清理装备的结构仿生设计 被引量:8
18
作者 张宁 欧阳富曦 +1 位作者 李昆鹏 李一堃 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第8期120-124,共5页
为提升我国海洋装备的整体创新水平,对海洋垃圾清理装备进行仿生设计。介绍了海洋装备仿生领域的研究现状,在现有仿生方法基础上,提出整体性结构仿生设计方法。设计过程包括选择仿生生物、生物结构特征提取、结构特征与装备融合、方案... 为提升我国海洋装备的整体创新水平,对海洋垃圾清理装备进行仿生设计。介绍了海洋装备仿生领域的研究现状,在现有仿生方法基础上,提出整体性结构仿生设计方法。设计过程包括选择仿生生物、生物结构特征提取、结构特征与装备融合、方案创新设计及结果评价。以海洋垃圾清理装备为例,重点模仿鲸鲨独特的滤食性结构,分步骤完成造型与关键功能的结构仿生设计。最终通过装备结构动力学振动评估,验证该设计方法的有效性,提高海洋装备的开发效率。 展开更多
关键词 产品设计 海洋清理装备 结构仿生 动力学评估 滤食性结构
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基于结构仿生的GFRP板簧层间增韧性能研究
19
作者 白路遥 王宏晓 +2 位作者 禹军安 陈艳雷 惠延波 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2022年第12期87-92,共6页
为了提高玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)板簧的层间韧性,进而提高其疲劳寿命,本文仿照珍珠母矿物质结构单元的排列形式设计了砖砌型增韧结构的GFRP板簧。制作了同尺寸砖砌型结构和非增韧结构缩比板簧样件,层叠铺设方法按照变厚度层... 为了提高玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)板簧的层间韧性,进而提高其疲劳寿命,本文仿照珍珠母矿物质结构单元的排列形式设计了砖砌型增韧结构的GFRP板簧。制作了同尺寸砖砌型结构和非增韧结构缩比板簧样件,层叠铺设方法按照变厚度层合板铺层递减设计原则,并对砖砌型结构和非增韧结构缩比板簧进行了刚度实验、疲劳实验和剩余刚度实验。实验结果显示:与无增韧结构GFRP板簧相比,砖砌结构GFRP板簧的刚度降低了8.4%,但疲劳性能提升了28.99%,疲劳实验后无增韧结构完全断裂,没有剩余刚度,砖砌增韧结构GFRP板簧仍具备43.52%的原始刚度。无增韧结构GFRP板簧的疲劳失效形式是层间分层,结构完全断裂;而增韧结构GFPR板簧的疲劳失效形式是层间分层被阻断,结构形成局部断裂,进行剩余刚度实验后,其断裂截面呈阶梯状。 展开更多
关键词 砖砌仿生结构 GFRP 板簧 层间增韧 疲劳实验
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基于增材制造的仿生吸能结构研究现状与展望
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作者 楼航飞 陈文刚 +2 位作者 张伟 蔡心远 龚金锭 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第3期147-156,共10页
吸能结构在人类生活中的广泛应用带动了大量能量吸收特性的科学研究和前沿技术发展。大自然长时间的选择使一些动植物具有特殊结构,这些特殊结构给予设计者灵感,仿生吸能结构被大量地研究。在此过程中,增材制造技术由于具有灵活性强、... 吸能结构在人类生活中的广泛应用带动了大量能量吸收特性的科学研究和前沿技术发展。大自然长时间的选择使一些动植物具有特殊结构,这些特殊结构给予设计者灵感,仿生吸能结构被大量地研究。在此过程中,增材制造技术由于具有灵活性强、能够制造复杂结构及利用增材制造材料等特点,成为解决轻量化和复杂结构需求的理想选择。然而现阶段科研人员对仿生吸能结构领域的综述性研究较为有限,系统性的总结也相对缺乏,导致对整个技术的发展现状及面临的问题理解不够深入。本文主要对仿生薄壁结构、仿生板结构、仿生细胞结构和仿生建筑结构所对应动植物的结构与性能进行了系统性的总结,阐述了增材制造技术在仿生吸能结构领域的研究现状,以期为未来各行业仿生吸能结构的发展提供一定参考。 展开更多
关键词 结构仿生 吸能 增材制造 生物结构 应用 复合材料
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