仿生弯曲梁结构

应力分布更均匀

以对数螺旋线定义的三参数弯曲梁构型，能在不增加设计参数的情况下改善应力均匀性，为工程结构轻量化设计提供新选择。

Junyi, Gao · 张乐乐 · 窦伟元 · Stichel, Sebastian

Engineering Structures 2025

参数信息

表面应力方差降低

6.3 %

等效应力降低

12.1 %

技术优势

参数少，应力更均匀

用对数螺旋线定义弯曲梁，只需三个参数就能刻画生物尖端结构，免去了为了改善应力分布而增加设计参数的麻烦。

等效应力可降12.1%

与圆弧曲线模型相比，对数螺旋定义的弯曲梁等效应力最大降低12.1%，承力能力更强。

表面应力方差降6.3%

与直-圆曲线模型相比，表面应力方差最大降低6.3%，应力分布更均匀，有利于避免局部破坏。

应用场景

• 轻量化结构设计：用更少的参数获得应力更均匀的梁，可直接用于轻量化零件设计。
• 仿生承载结构：模仿生物尖端曲线，用简单参数实现高效承载。
• 弯曲梁构件：为弯曲梁构件提供比直-圆和圆弧曲线更均匀的应力分布。
• 超材料单元：可嵌入超材料单胞中，用三参数对数螺旋提升整体力学性能。