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利用扫描电子显微镜(SEM)、高精度接触角测量仪对蚱蝉膜翅表面疏水性能进行了观测研究,建立了相应的Wenzel和Cassie润湿模型,结果表明:只有Cassie模型理论接触角与实际测量结果相吻合,由此可断定蝉翅表面乳突之间吸附一层空气膜,构成三相复合接触表面,从而进一步诱导蝉翅表面的疏水性。运用逆向工程建模理论和有限元分析方法研究了蚱蝉膜翅结构特性。首先,采用三维激光扫描系统获取蚱蝉上、下膜翅扫描点云数据,经过数据处理后,分别采用曲线拟合曲面法和点云拟合法重构蚱蝉膜翅模型。通过比较选用点云拟合曲面法构建蝉翅模型,其模型误差为:上翅最大欧几里德误差0.0655mm,平均欧几里德误差0.0063mm;下翅最大欧几里德误差0.0569mm,平均欧几里德误差0.0045mm。采用曲面反射分析和高斯曲率分析对曲面光顺性进行检验,结果显示:蚱蝉上翅模型曲面光顺性良好,高斯曲率最大值为0.0093mm-2,最小值为0.010mm-2;蚱蝉下翅除展开部位外光顺性良好。将逆向工程模型导入ANSYS有限元分析软件,使用壳单元Shell43模拟翅膜,梁单元Beam189模拟翅脉,采用扫描电子显微对膜翅截面进行观测,得出梁、壳单元尺寸参数。分别针对翅脉、翅膜结构因素建立对比模型,进行结构静力学分析和模态分析,得出结论:蚱蝉膜翅的翅脉网状结构具有优秀抗弯曲性能,翅脉与翅膜组成的空间结构弯曲刚度是空间翅膜结构刚度的5-6倍;天然翅脉尺寸分布能有效提高膜翅结构刚度,同时也能保证翅脉弯矩均匀分布,使轴力传导均匀化;蚱蝉膜翅三维结构比平面结构具备更加优秀的抗弯刚度,主要原因是膜翅在自然状态下基部呈现拱形的结构形态;增加蚱蝉膜翅拱度同时也会带来负面影响,造成翅脉轴向应力提升,特别是膜翅横向对称线附近的翅脉截面;蚱蝉上翅翅膜三维结构模型固有频率(56.67Hz)相比平面模型(26.40Hz)大;蚱蝉上、下膜翅一阶、二阶、三阶振型极为相似,一阶固有频率仅相差1.49Hz(上翅56.67Hz,下翅58.16Hz)。