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生物形态与工程结构

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

生物形态与工程结构


前面我们提到过,经过了亿万年的进化,生物的形态是最优的。形形色

色的生物结构中,有许多巧妙最佳利用力学原理的实例,让我们从静力学的

角度出发,来观察一下生物形体结构对人类工程设计产生的影响。

自然界有许多高大的树木,其挺直的树干不但支撑着本身的重量。而且

还能抵抗大风及强烈的地震。这除了得益于它的粗大树干外,还靠其庞大根

系的支持。一些巨大的建筑物便模仿大树的形态来进行设计,把高楼大厦建

立在牢固可靠的地基上。

植物的果实担负着延续种族的任务,亿万年的进化使其果实多呈圆形。

圆的外形使它们在较小的空间占用最大的体积来存贮营养,同时使它们对外

界的压力如风力等有较大的抵抗力。如花生、核桃等还有着坚硬的外壳,可

以保护里面相对娇嫩的果仁。同样地,动物也具有对自然力的适应性,如蛋

壳、乌龟壳和贝壳等,都巧妙利用了一定的力学原理。如果你握住一个鸡蛋,

即使加力挤压,也很难把它弄破。原来蛋壳的拱形结构与其表面的弹性膜一

起构成了预应力结构,在工程上称为薄壳结构。

自然界中巧妙的薄壳结构具有各种不同形状的弯曲表面,不仅外形美

观,还能够承受相当大的压力。在建筑工程上,人们已广泛采用这种结构,

如大楼的圆形屋顶、模仿贝类制造的商场顶盖等。

动物界中,辛勤的蜜蜂被称为昆虫世界里的建筑工程师。它们用蜂蜡建

筑极规则的等边六角形蜂巢,无论从美观和实用角度来考虑,都是十分完美

的。它不仅以最少的材料获得了最大的利用空间,而且还以单薄的结构获得

了最大的强度。

在蜂巢的启发下,人们仿制出了建筑上用的蜂窝结构材料,具有重量轻、


强度和刚度大、绝热和隔音性能良好的优点。同时这一结构的应用,已远远

超出建筑界,它已应用于飞机的机翼,宇宙航天的火箭,甚至于我们日常的

现代化生活家具中。

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