1、 文 章 编 号：-（）-基 于 竹 子 生 物 特 征 的 维 管 束 结 构 塔 筒 力 学 特 性 研 究郑 玉 明*，何 正 文（甘 肃 省 庄 浪 县 教 育 局，甘 肃 庄 浪；兰 州 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院，甘 肃 兰 州）摘 要：竹 子 具 备 较 强 的 生 存 能 力，这 与 其 自 身 独 特 的 生 物 特 征 紧 密 相 关从 宏 观 角 度 对 竹 子 结 构 进 行 研 究 可 以 发现，沿 竹 身 非 均 匀 分 布 的 竹 节 是 竹 子 最 为 显 著 的 结 构 特 征，竹 节 可 提 高 竹 材 轴 向 和 径 向 的 抗 压 能 力进
2、一 步 从 微 观角 度 对 竹 节 维 管 束 结 构 进 行 研 究 可 以 发 现，竹 节 维 管 束 是 竹 节 的 主 要 承 载 结 构考 虑 到 竹 子 和 风 力 机 塔 筒 的 相 似性，将 竹 节 维 管 束 生 物 特 征 应 用 至 风 力 机 塔 筒 结 构 设 计 中，进 行 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 设 计，并 在 极 端 工 况 下 对 仿 竹 节维 管 束 塔 筒 和 原 塔 筒 进 行 静 力 学 对 比 分 析结 果 表 明，仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 相 比 原 塔 筒 最 大 响 应 应 力 减 少 了，最 大 响 应 位 移 减 少 了，仿
3、 竹 节 维 管 束 结 构 使 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 强 度 和 刚 度 得 到 了 提 升研 究 结果 可 为 竹 节 微 观 生 物 结 构 在 实 际 工 程 应 用 方 面 提 供 理 论 依 据关 键 词：竹 节；仿 竹 节 维 管 束 结 构；风 力 机 塔 筒中 图 分 类 号：文 献 标 志 码：S t u dyo n m e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f v a s c u l a r b u n d l e t o w e rb a s e d o n b a m b o o b i o
4、l ogi c a l c h a r a c t e r i s t i c s-，-（，；，）A b s t r a c t：，q，-，-，-，-，-K e y w o r d s：；-；竹 子 作 为 分 布 广 泛 的 禾 本 科 常 绿 植 物，是 自 然界 最 常 见 的 生 物竹 节 是 竹 子 最 为 显 著 的 结 构，位 于竹 子 每 段 竹 竿 之 间 的 连 接 处竹 节 的 存 在 使 得 竹 子韧 性 增 强，能 够 更 好 地 保 持 自 身 形 状，有 效 缓 解 风 载 收 稿 日 期：-通 讯 作 者：郑 玉 明（-），男，甘 肃 庄 浪 人，高 级 教 师
5、：q q 荷 的 冲 击竹 子 在 自 然 界 中 主 要 承 受 树 冠 重 力 和 风载 荷，而 竹 子 通 过 竹 身 弯 曲 变 形 有 效 抵 消 载 荷 影 响同 时，在 恶 劣 的 环 境 下 竹 子 具 有 优 良 的 稳 定 性竹 子的 密 度 为，与 钢 材 相 比，仅 是 钢材 密 度 的，比 刚 度 却 是 钢 材 的 倍 此外，竹 子 细 长 比 可 达，抗 弯 强 度 是 钢材 的 倍 通 过 实 验 可 知，竹 子 横 纹 断 裂 韧 性第 卷 第期 年月兰州理工大学学报 与 铝 合 金 相 当，是 杉 树 的 倍，垂 直 纹 理 方 向 横 纹具 备 较 强 的
6、 抵 抗 能 力，其 平 均 值 为 竹 子 的 弯 曲 延 展 性 表 现 优 良，在 生 长 过 程 中 风 吹、雪压 使 得 竹 身 弯 曲 至 触 地，但 很 少 产 生 断 裂，甚 至 能 恢复 原 状 同 时，竹 子 具 有 柔 韧 性 好、比 强 度 高 等 优点，在 抗 蠕 变 和 抗 震 性 方 面 表 现 优 异，在 恶 劣 环 境 下竹 子 具 备 较 好 的 耐 腐 蚀 性 和 抗 疲 劳 性 研 究 表 明，竹 子 的 力 学 性 能 主 要 由 维 管 束 结 构 保 证，维 管 束 的竹 纤 维 束 强 度 高、模 量 高、密 度 高，发 挥 着 主 要 承 载作
7、 用 部 分 学 者 将 竹 子 维 管 束 纤 维 材 料 作 为 天 然 增 强复 合 材 料，与 单 向 连 续 玻 璃 纤 维 增 强 聚 合 物 进 行 同等 条 件 下 拉 伸 试 验，结 果 表 明，竹 子 维 管 束 纤 维 材 料的 拉 伸 强 度 比 玻 璃 纤 维 增 强 聚 合 物 高 考虑 到 竹 子 纤 维 具 备 良 好 的 力 学 性 能，有 的 学 者 参 考竹 子 维 管 束 结 构，对 管 状 薄 壁 结 构 进 行 仿 生 设 计，将维 管 束 作 为 薄 壁 管 结 构 的 增 强 材 料，使 薄 壁 管 轴 向强 度 得 到 改 善 基 于 竹 子
8、的 微 观 生 物 结 构，通 过 仿生 学 原 理，设 计 出 带 有 维 管 束 结 构 的 仿 生 竹 管，该 仿生 竹 管 较 原 管 能 量 吸 收 比 提 高 了，使 得 仿 生竹 管 具 有 较 高 的 强 度 无 独 有 偶，有 的 学 者 将 竹 子维 管 束 结 构 作 为 增 强 相，运 用 仿 生 学 原 理 将 其 添 加至 薄 壁 结 构 中，通 过 有 限 元 数 值 分 析 表 明，仿 生 薄 壁结 构 较 原 薄 壁 结 构 纵 向 和 横 向 承 载 能 力 提 高 了 鉴 于 此，本 文 以 竹 子 为 研 究 对 象，通 过 研 究 竹 结构，提 取 竹
9、 节 维 管 束 生 物 特 征由 于 风 力 机 塔 筒 服 役环 境 与 竹 子 的 生 长 环 境 相 似，所 以 将 竹 节 维 管 束 生物 特 征 应 用 至 风 力 机 塔 筒 结 构 设 计，并 对 仿 竹 节 维管 束 塔 筒 与 原 塔 筒 进 行 力 学 对 比 分 析，进 而 验 证 仿竹 节 维 管 束 塔 筒 的 优 越 性，为 竹 节 微 观 生 物 结 构 的实 际 工 程 应 用 提 供 一 定 的 借 鉴 竹 子 结 构 研 究 竹 子 宏 观 结 构竹 子 具 有 良 好 的 力 学 性 能，为 了 有 效 地 利 用 竹子 结 构 特 点，对 竹 子 的
10、 构 造 进 行 研 究竹 子 宏 观 外 形如 图所 示可 以 看 出，竹 节 沿 竹 身 方 向 非 均 匀 分 布，竹 节 间距 从 竹 子 根 部 至 顶 端 呈 现 先 密 集 后 稀 疏 再 密 集 的 趋势竹 节 可 视 为 竹 子 结 构 的 加 强 筋，可 提 高 竹 子 整 体强 度 和 稳 定 性同 时，竹 节 的 存 在 使 得 竹 子 轴 向 和 径向 的 抗 压 能 力 均 有 所 提 高 以 竹 身 为 研 究 对 象，对 树 冠 重 力 和 风 载 荷 作 用下 竹 子 的 变 形 情 况 进 行 分 析，结 果 如 图所 示其 中，图 竹 子 外 形 图F i
11、 g B a m b o o s h a p e d r a w i n g图 竹 身 受 载 变 形 示 意 图F i g D i a g r a m o f t h e d e f o r m a t i o n o f b a m b o o u n d e r l o a d图 为 竹 身 在 树 冠 重 力 和 风 载 荷 下 受 力 简 图，图 为 竹 身 弯 曲 变 形 简 图当 竹 子 受 力 弯 曲 变 形 时，竹 身 内 侧 弯 曲 变 形 部分 受 压 应 力，而 竹 身 外 侧 弯 曲 变 形 部 分 受 拉 应 力同时，弯 曲 部 分 截 面 形 状 发 生 变 化，
12、由 圆 形 变 为 椭 圆形，由 于 竹 节 连 接 竹 竿，所 以 竹 节 处 弯 曲 变 形 显 著竹 竿 材 料 伸 缩 性 较 差，当 竹 子 在 树 冠 重 力 和 风 载 荷耦 合 作 用 下 出 现 弯 曲 变 形 时，竹 节 截 面 将 发 生 明 显形 变因 此，竹 节 截 面 形 变 能 力 和 竹 节 分 布 规 律 很 大程 度 上 影 响 着 竹 子 抵 抗 弯 曲 变 形 的 能 力，有 必 要 对竹 节 的 微 观 生 物 特 征 进 行 研 究 竹 子 微 观 生 物 结 构竹 节 主 要 由 维 管 束 结 构 和 薄 壁 组 织 构 成，在 竹壁 外 侧 附
13、 近 维 管 束 密 度 较 大，在 竹 壁 内 侧 附 近 维 管束 密 度 较 小竹 节 维 管 束 是 典 型 的 功 能 梯 度 材 料，竹子 生 长 符 合 力 学 规 律 特 点，主 要 归 结 于 其 根 部 较 粗、顶 部 较 细，且 在 竹 竿 连 接 处 分 布 有 竹 节竹 节 处 力 学性 能 参 数 如 表所 列，竹 节 维 管 束 显 微 结 构 如图所 示可 以 看 出：维 管 束 结 构 作 为 竹 节 承 受 载 荷 的 主表 竹 节 处 力 学 性 能 参 数T a b M e c h a n i c a l p r o p e r t y p a r a
14、m e t e r s a t b a m b o o n o d e密 度（）抗 弯 强度 顺 纹 抗 剪强 度 抗 弯 弹 性模 量 抗 拉 强度 兰 州 理 工 大 学 学 报 第 卷图 竹 节 维 管 束 显 微 结 构 F i g M i c r o s t r u c t u r e o f t h e v a s c u l a r b u n d l e o f t h eb a m b o o n o d e要 组 织，具 有 较 强 的 抗 弯 强 度 和 抗 弯 弹 性 模 量；从 竹节 外 壁 到 竹 节 内 壁，维 管 束 的 分 布 由 密 集 到 稀 疏维管 束
15、与 维 管 束 之 间 存 在 一 定 的 间 隙，维 管 束 结 构 的主 要 作 用 是 为 竹 节 处 载 荷 提 供 传 递 路 径，减 少 载 荷对 竹 子 的 影 响，提 高 竹 子 的 整 体 承 载 能 力 竹 子 和 风 力 机 塔 筒 建 立 相 似 度 判 断 矩 阵竹 子 的 生 物 结 构 特 点 使 其 在 风 载 荷 环 境 下 具 有优 良 的 稳 定 性风 力 机 塔 筒 通 常 在 随 机 变 向 变 载 荷和 强 阵 风 瞬 时 冲 击 下 工 作，并 且 其 顶 端 安 装 有 大 质量、大 刚 度 的 旋 转 风 轮 和 机 舱本 文 通 过 仿 生
16、设 计 将竹 子 的 结 构 特 点 赋 予 风 力 机 塔 筒，使 其 具 有 良 好 的机 械 性 能为 将 竹 节 维 管 束 生 物 特 征 应 用 至 风 力 机塔 筒 结 构 设 计，需 对 二 者 的 相 似 度 进 行 计 算，若 相 似度 接 近 于，则 可 将 竹 子 的 维 管 束 生 物 特 征 应 用 至风 力 机 塔 筒 结 构 设 计竹 子 与 风 力 机 塔 筒 的 评 价 因 素 集 为U，i，n其 中，i（，n）判 断 矩 阵M为M（i j）n n n n n n n n（）式 中：i j（j，n）为 因 素i与 因 素j重 要 性比 较 结 果；n为 竹
17、子 与 风 力 机 塔 筒 的 共 同 相 似 特 征，亦 为 判 断 矩 阵 阶 数为 得 到 判 断 矩 阵M，需 要 利 用 一 致 性 指 标 进 行检 验一 致 性 指 标 计 算 公 式 为C I nn（）式 中：C I为 一 致 性 指 标；为 判 断 矩 阵 最 大 特 征值；n为 判 断 矩 阵 阶 数则 随 机 一 致 性 比 率 为C R C IR I（）式 中：R I为 随 机 一 致 性 指 标 均 值，本 文R I取；C R为 随 机 一 致 性 比 率，通 常 要 求C R，此 时 可以 认 为 判 断 矩 阵 具 有 满 意 的 一 致 性 竹 子 与 风 力
18、机 塔 筒 的 相 似 性结 构 仿 生 的 基 础 是 相 似，竹 子 与 风 力 机 塔 筒 的相 似 程 度 可 用 相 似 度Q来 度 量，即Q q（u）q（u）n q（u n）ni i q（u i）（）式 中：Q数 值 大 小 反 映 相 似 程 度，Q；i为 权重 系 数；q（u）为 相 似 元 相 似 度，即q（u i）nk m nni djr i j（）式 中：k、m为 竹 子、风 力 机 塔 筒 相 似 特 征 数 量；dj为特 征 权 数；r i j为 特 征 比 例 系 数，即r i j Uj（A i），Uj（B i）Uj（A i），Uj（B i）（）式 中：r i j，
19、r i j越 大 越 趋 向 于，表 示 竹 子 与风 力 机 塔 筒 特 征 相 差 越 小，二 者 相 似 度 越 高；Uj（A i）、Uj（B i）分 别 为 模 糊 相 似 系 统 竹 子、风 力 机塔 筒 在 某 特 征 下 的 特 征 值根 据 层 次 分 析 法，建 立 竹 子、风 力 机 塔 筒 的 评 价因 素 集U 结 构，载 荷，功 能，对 竹 子、风 力 机 塔 筒的 结 构、载 荷、功 能 进 行 定 量 研 究，主 要 包 括：）风 力 机 塔 筒 是 高 耸 薄 壁 结 构，由段 锥 形 钢筒 通 过 法 兰 连 接 而 成，由 此 可 知 竹 子 与 风 力 机
20、 塔 筒在 结 构 方 面 存 在 相 似 性；）风 力 机 塔 筒 承 受 的 载 荷 主 要 包 括 风 力 机 在运 转 过 程 中 风 轮 产 生 的 推 力、风 轮 和 机 舱 的 重 力，同时 还 有 自 身 重 力 和 表 面 承 受 的 风 荷 载；）风 力 机 塔 筒 是 风 力 发 电 机 组 的 主 要 承 载 部件，将 风 力 发 电 机 组 支 撑 至 捕 获 足 够 风 能 的 高 度，承载 能 力 直 接 影 响 到 风 力 发 电 机 组 的 发 电 效 能，虽 然受 到 风 轮 推 力、机 舱 重 力 和 外 界 无 规 律 风 载 荷，但 是风 力 机 塔
21、筒 通 过 自 身 位 移 响 应 可 抵 消 外 界 载 荷 的 影响通 过 对 竹 子 与 风 力 机 塔 筒 在 结 构、载 荷、功 能 方面 的 相 似 度 定 性 分 析，能 够 判 断 出 二 者 的 相 似 度 较高，因 而 可 以 将 竹 节 维 管 束 特 征 应 用 至 风 力 机 塔 筒结 构 设 计为 进 一 步 验 证 竹 子 与 风 力 机 塔 筒 的 相 似度，采 用 判 断 矩 阵 对 相 似 度 进 行 定 量 分 析根 据 式（）建 立 二 者 的 判 断 矩 阵M为 第期 郑 玉 明 等：基 于 竹 子 生 物 特 征 的 维 管 束 结 构 塔 筒 力
22、学 特 性 研 究 M（）通 过 式（）和 式（）可 知 矩 阵M随 机 一 致 性 指标C R，小 于，符 合 一 致 性 要 求权 重系 数，相 似 元 相 似 度q（u），相 似 度Q Q值 越 接 近，表 明 二 者 相 似 度 越 高因 此，竹 子 与 风 力 机 塔 筒 存在 着 较 高 的 相 似 度，本 文 将 竹 节 维 管 束 特 征 应 用 至风 力 机 塔 筒 结 构 设 计 是 较 为 合 理 的 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 风 力 机 塔 筒 仿 竹 节 维 管 束 设 计本 文 以 某 型 号 风 力 机 塔 筒 作 为 仿 竹 节维 管 束 应 用 对 象，
23、该 风 力 机 轮 毂 中 心 距 地 面 风 力 机 塔 筒 材 料 为，总 重 为 塔 身 由段 锥 形 筒 组 成，尺 寸 如 表所 列，锥 形 筒 之 间 由 法兰 和 高 强 度 螺 栓 连 接风 力 机 塔 筒 底 部 外 径 为，底 部 壁 厚 为，顶 部 外 径 为，顶部 壁 厚 为 表 塔 筒 尺 寸T a b T o w e r d i m e n s i o n s段 数段段段段长 度 为 便 于 将 竹 节 维 管 束 特 征 应 用 至 风 力 机 塔 筒 结构 设 计，可 将 竹 节 维 管 束 的 结 构 进 行 简 化图 为竹 节 维 管 束 结 构 横 截 面
24、，可 以 看 出，维 管 束 结 构 为 中空 厚 壁 的 孔 结 构在 对 竹 节 维 管 束 结 构 进 行 简 化 时，可 将 维 管 束 结 构 视 为 中 空 孔，简 化 成 如 图 所 示 的结 构 形 式按 照 竹 节 维 管 束 的 分 布 规 律，将 塔 筒 维 管 束 结构 设 计 为 密 集 区、次 密 集 区、稀 疏 区，所 占 数 量 比 为 按 照 竹 节 从 外 到 内 的 密 度 比 确 定 每 个 区 域 维 管 束 间 的 厚 度 根 据 竹 节 维 管 束面 积 径 向 占 比 沿 竹 子 轴 向 方 向 的 分 布 规 律，确 定 维管 束 在 塔 筒
25、第、段 径 向 占 比 为，在 塔 筒 第、段 径 向 占 比 为 维 管 束 结 构 位 于 每 段 塔 筒锥 形 筒 底 部 法 兰 上 方，具 体 位 置 如 图所 示图 仿 竹 节 维 管 束 结 构F i g S t r u c t u r e o f t h e v a s c u l a r b u n d l e o f t h e n o d e s o f t h eb i o n i c b a m b o o图 塔 筒 维 管 束 位 置F i g T o w e r t u b e v a s c u l a r b u n d l e l o c a t i o n
26、 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔 筒 静 力 分 析对 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔 筒 分 别 进 行 极 端 工况 下 静 态 响 应 分 析首 先 建 立 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和原 塔 筒 的 三 维 实 体 模 型，其 次 将 二 者 实 体 模 型 导 入有 限 元 软 件，最 后 得 到 原 塔 筒 和 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒的 静 态 响 应 结 果将 二 者 静 态 响 应 结 果 进 行 对 比，以此 证 明 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 具 有 优 越 性基 于 塔 顶 坐 标 系，本 文 选 取种 极 端 工 况 载荷 对
27、仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 进 行 静 力 特 性 分 析，分 别为 极 端 湍 流 模 型（）、极 端 风 切 变 模 型（）、极 端 风 速 模 型（）种 极 端 工 况载 荷 如 表所 列采 用 有 限 元 数 值 分 析 法 分 别 计 算 仿 竹 节 维 管 束表 极 限 载 荷 分 布T a b E x t r e m e l o a d d i s t r i b u t i o n参 数 Fx Fy Fz Mx（）My（）Mz（）兰 州 理 工 大 学 学 报 第 卷塔 筒 和 原 塔 筒 模 型 在 表所 列 的 极 端 工 况 下 最 大 应力 和 最 大 应 变，通
28、过 对 比 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔筒 在 同 等 工 况 下 静 态 响 应 特 性，证 明 在 强 度 和 刚 度方 面 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 优 于 原 塔 筒风 力 机 塔 筒 采用 变 截 面 形 式，各 截 面 的 抗 弯 截 面 模 量 随 塔 筒 高 度的 变 化 而 变 化因 此，筒 顶 端 的 位 移 挠 度f为f hMy（x）M（x）E Iy（x）x（）式 中：My（x）为 所 有 外 部 载 荷 对 塔 筒 塔 顶 轴 向 距 离x的 任 一 截 面 产 生 的 弯 矩，；M（x）为 作 用 在塔 顶 的 单 位 径 向 力 对 塔 筒 塔
29、顶 轴 向 距 离x的 任 一截 面 产 生 的 弯 矩，；E为 塔 筒 材 料 的 弹 性 模量，；Iy（x）为 塔 筒 塔 顶 轴 向 距 离x处 截 面 的惯 性 矩，；h为 塔 筒 高 度，将 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 导 入 有 限 元 软 件，采 用 以 六面 体 为 主 导 的 机 械 结 构 划 分 方 式 进 行 网 格 划 分，网 格尺 寸 为，生 成 网 格 单 元 数 为 个，节 点数 为 个首 先 以 均 布 力 和 力 矩 的 形 式 将 表所 列 载 荷 施 加 于 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 顶 部 截 面，其 次将 叶 轮 和 机 舱 简 化 为 集
30、 中 质 量 点 并 耦 合 至 仿 竹 节 维管 束 塔 筒 顶 端，最 后 在 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 底 部 施 加固 定 约 束借 助 有 限 元 软 件 平 台 中 静 力 学 分 析 模 块，可 得 到 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 最 大 应 力 响 应原 塔 筒采 用 与 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 相 同 的 约 束，可 得 到 原 塔筒 的 最 大 应 力 响 应二 者 的 对 比 分 析 如 图所 示图 塔 筒 最 大 应 力 响 应F i g M a x i m u m s t r e s s r e s p o n s e o f t h e t o
31、 w e r可 以 看 出：工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒最 大 应 力 减 小 得 最 明 显，此 时 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和原 塔 筒 的 最 大 应 力 分 别 为 和，相 比 原 塔 筒 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 最 大 应 力 减少 了；工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和原 塔 筒 的 最 大 应 力 分 别 为 和；工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔 筒的 最 大 应 力 分 别 为 和 由此 说 明，极 端 工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 最 大 应 力均 小 于 原 塔 筒 的，这 是 由 仿 竹
32、 节 维 管 束 结 构 的 特 点所 决 定在 同 等 条 件 下 最 大 应 力 越 小 结 构 越 安 全，因而 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 更 安 全仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔 筒 的 最 大 位 移 如 图所 示可 以 看 出：工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒和 原 塔 筒 的 最 大 位 移 分 别 为 和；工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔 筒 的最 大 位 移 分 别 为 和；工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 最 大 位 移 减 小 得 最 明显，此 时 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔 筒 的 最 大
33、位 移 分别 为 和，相 比 原 塔 筒 仿 竹节 维 管 束 塔 筒 的 最 大 位 移 减 少 了 由 此 说明，极 端 工 况 下 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 最 大 位 移 均 小于 原 塔 筒 的，这 是 由 仿 竹 节 维 管 束 结 构 的 特 点 所 决定在 同 等 条 件 下 最 大 位 移 越 小 结 构 越 稳 定，因 而 仿竹 节 维 管 束 塔 筒 更 稳 定因 此，仿 竹 节 维 管 束 结 构 有助 于 提 升 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 刚 度图 塔 筒 最 大 位 移 响 应F i g T o w e r s m a x i m u m d i
34、 s p l a c e m e n t r e s p o n s e 结 语）分 析 竹 子 的 结 构 特 点 发 现，沿 竹 身 方 向 非 均匀 分 布 的 竹 节 可 以 使 得 竹 子 稳 定 性 和 强 度 得 到 提升；进 一 步 对 竹 节 微 观 结 构 进 行 分 析 发 现，竹 节 维 管束 是 主 要 的 承 载 结 构）利 用 相 似 度 分 析 方 法，对 竹 子 和 风 力 机 塔 筒的 相 似 度 进 行 求 解；鉴 于 二 者 相 似 度 较 高，可 将 竹 节维 管 束 结 构 引 入 风 力 机 塔 筒，设 计 仿 竹 节 维 管 束 塔筒）在 极 端
35、 工 况 下 对 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 和 原 塔筒 进 行 静 力 学 分 析，仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 的 最 大 应 力是 原 塔 筒 的，最 大 位 移 是 原 塔 筒 的 由 此 说 明，竹 节 维 管 束 结 构 可 以 有 效 提 升 仿 竹 节 维 第期 郑 玉 明 等：基 于 竹 子 生 物 特 征 的 维 管 束 结 构 塔 筒 力 学 特 性 研 究 管 束 塔 筒 的 强 度 和 刚 度，使 得 仿 竹 节 维 管 束 塔 筒 更加 安 全 和 稳 定参 考 文 献：王戈，韩 善 宇，陈 复 明，等竹 材 振 动 阻 尼 性 能 及 其 在 竹 质 复合
36、 材 料 中 的 应 用 林 业 科 学，（）：-徐 玉 凯，祝 海 林，何 宜 玖，等基 于 竹 子 结 构 的 装 载 机 动 臂 仿 生轻 量 化 设 计 常 州 大 学 学 报（自 然 科 学 版），（）：-杨 绍 智竹 原 纤 维 产 业 化 趋 势 前 瞻 财 富 时 代，（）：-高 福 聚，赵晶竹 子 对 高 层 建 筑 结 构 设 计 的 启 示 山 西 建筑，（）：-张志，宋波，祁 俊 峰，等仿 竹 子 结 构 八 重 桁 架 点 阵 结 构 设计 与 增 材 制 造 华 中 科 技 大 学 学 报（自 然 科 学 版），（）：-尚 新 龙，毛 腾 飞，管鑫，等天 然 竹 筒
37、 内 竹 纤 维 的 分 布 规 律 研究 玻 璃 钢 复 合 材 料，（）：-党 江 涛，郑 志 银单 向 连 续 竹 纤 维 增 强 聚 合 物 的 拉 伸 性 能 力 学 季 刊，（）：-马 建 峰，陈 五 一，赵岭，等基 于 竹 子 微 观 结 构 的 柱 状 结 构 仿生 设 计 机 械 设 计，（）：-，e t a l-，：-，e t a l-，（）：-马 建 峰，陈 五 一，赵岭基 于 竹 子 微 观 结 构 的 柱 状 结 构 仿 生设 计 机 械 设 计，（）：-赵 鑫 铭竹 材 在 浙 江 地 区 乡 建 中 的 应 用 研 究 杭 州：杭 州师 范 大 学，安 晓 静，昊王，李 万 菊，等毛 竹 纤 维 鞘 的 拉 伸 力 学 性 能南 京 林 业 大 学 学 报（自 然 科 学 版），（）：-，e t a l-，（）：-张 燎 军风 力 发 电 机 组 塔 架 与 基 础 北 京：中 国 水 利 水 电出 版 社 出 版，：-兰 州 理 工 大 学 学 报 第 卷
