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论文类型：会议论文

发表时间：2018-11-01

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关键字：树叶;叶脉;黄金分割;拓扑优化

摘要：自然界中的树叶大多由疏松的叶肉组织以及坚韧的叶脉纤维组成。其中叶脉的分布形式通常具有分形特征。过往人们更多从输送养料以及水分的角度进行研究,但是却鲜有研究从结构支撑等力学角度进行。作者通过拓扑优化方法,考虑材料体积和树叶端部固定等约束,以结构刚度为优化目标,得到了树叶叶脉的独特分布形式,揭示了叶脉独特的分布形式背后的物理原理,即叶脉的黄金分割比例分布可以使得树叶整体结构的刚度最大。并对多种自然界中的树叶进行采样测量,发现在自然界中,叶脉的黄金比例分布现象也广泛的分布于多种植物树叶中。该研究首次发现这种叶脉材料的黄金比例分布有助于最大限度地提高树叶整体结构的抗弯刚度,从而形成一个大的阳光直射区,促进叶肉组织的光合作用过程。该研究结果不仅可以解释叶脉分布的奥秘,而且为设计具有特殊机械性能的柔性结构提供了广泛且适用的指导原则。