书名：抗冲击仿生力学
定价：198.0
ISBN：9787030848857
作者：杨嘉陵,邢运
版次：1
出版时间：2026-03

内容提要：

本书将经典冲击动力学理论与动物进化视角相结合，系统研究了从昆虫到哺乳动物运动与抗冲击的系列典型案例，深度融合了实验观测、理论建模、数值模拟与工程应用，揭示了自然界动物形成的多样化防护策略及其背后的冲击力学原理，探讨了这些防护策略在新型防护材料与抗冲击结构设计中的启发作用。

目录：
目录
前言
第1章 导论 1
1.1 动物的抗冲击机制 3
1.1.1 陆地动物 3
1.1.2 水生动物 13
1.1.3 飞行动物 20
1.2 跳跃昆虫的抗冲击机制 23
1.2.1 杠杆式跳跃 23
1.2.2 弹射式跳跃 23
1.3 本书作者相关论文 25
参考文献 26
第2章 跑跳运动中的抗冲击力学：猫科动物减震机理 36
2.1 引言 36
2.2 猫科动物跳跃实验 37
2.2.1 实验对象与实验装置 38
2.2.2 实验步骤和数据统计 40
2.2.3 猫科动物运动姿态共性特征 41
2.2.4 老虎和家猫着陆缓冲的冲量比较 44
2.3 实验结果的定量分析 46
2.3.1 家猫着陆过程中质心能量分析 47
2.3.2 家猫着陆过程中前肢的能量吸收 55
2.3.3 家猫柔性背部的能量吸收研究 62
2.4 猫科动物着陆的仿生启发——新型航天员缓冲座椅 71
2.4.1 猫科动物着陆的仿生启发 71
2.4.2 新型缓冲座椅的结构设计与缓冲性能 72
2.4.3 乘员受伤风险评估 75
2.4.4 新型缓冲座椅的优化设计 77
2.5 结论 79
参考文献 80
第3章 连续跳跃运动中的抗冲击力学：袋鼠跳跃经典实验 82
3.1 引言 82
3.2 对动物的选择 82
3.3 实验方法 83
3.3.1 跑步机观察 83
3.3.2 力平台测量 84
3.4 实验结果 84
3.4.1 加速度和地面力量 84
3.4.2 势能和动能 86
3.4.3 关节的运动 88
3.4.4 肌肉所做的功 89
3.4.5 肌腱中的应力与弹性储能 92
3.4.6 肌肉中的应力 93
3.4.7 胫骨中的应力 94
3.4.8 俯仰运动 95
3.5 袋鼠跳跃理论模型 96
3.5.1 模型 96
3.5.2 地面力的方向 99
3.5.3 能量消耗与功率 100
3.5.4 最佳跳频技术 101
3.5.5 空气阻力评估 102
3.6 结论 102
附录 103
参考文献 105
第4章 间断跳跃运动中的抗冲击力学：斗蟋、蝗虫 106
4.1 引言 106
4.2 斗蟋跳跃实验方案 107
4.3 斗蟋跳跃实验结果分析 108
4.3.1 斗蟋身体结构分析 108
4.3.2 斗蟋起跳运动行为分析 110
4.3.3 斗蟋跳跃特性分析 112
4.3.4 斗蟋跳跃类型分析 117
4.4 斗蟋与其他跳跃昆虫的比较分析 121
4.4.1 跳跃特性对比分析 121
4.4.2 跳跃策略对比分析 122
4.5 斗蟋对空气阻力的操纵策略 124
4.5.1 斗蟋起跳后空中运动的理论模型 124
4.5.2 斗蟋起跳后空中运动的有限元仿真 128
4.5.3 空气阻力分力及其动能耗散分析 129
4.5.4 斗蟋后腿对空气阻力的操控影响 132
4.5.5 不稳定跳跃类型空气阻力影响分析 136
4.6 结论 137
参考文献 138
第5章 间断跳跃运动中的抗冲击结构：外骨骼 140
5.1 引言 140
5.2 竹节虫后腿胫骨力学性能测试 141
5.3 竹节虫后腿胫骨的有限元模型 143
5.4 竹节虫后腿胫骨抗屈…特性理论分析 146
5.4.1 欧拉屈…理论模型 146
5.4.2 胫骨横截面梯度理论预测 151
5.4.3 局部屈…理论模型 152
5.5 竹节虫胫骨抗屈…特性结果与讨论 153
5.5.1 胫骨的屈…特征 153
5.5.2 理论分析结果 154
5.5.3 胫骨的横截面选择 155
5.6 甲壳角质层的材料特性 158
5.7 甲壳角质层的有限元模型及理论验证 163
5.7.1 有限元建模 163
5.7.2 有限元结果验证 164
5.8 甲壳角质层的抗冲击防护策略分析 169
5.8.1 甲壳角质层内的应力波传播 169
5.8.2 角质层不同部位的波阻作用 172
5.8.3 甲虫鞘翅的抗冲击防护特性 174
5.8.4 密度分布对应力波传播的影响 179
5.8.5 “外刚内柔”和“外柔内刚”的甲虫鞘翅防护特性比较 182
5.8.6 人体防护结构仿生设计 185
5.9 结论 188
参考文献 189
第6章 蜘蛛网拦阻猎物过程中能量吸收问题的研究 192
6.1 引言 192
6.2 基于线性材料本构关系的理论分析和数值模拟 192
6.2.1 蜘蛛丝的力学模型 192
6.2.2 单根丝线受横向撞击的理论分析和数值模拟 194
6.2.3 单根丝线受横向撞击的动力学和能量耗散分析 197
6.2.4 蜘蛛网拦阻猎物过程的有限元模拟 200
6.3 基于黏弹性材料本构关系的理论分析和数值模拟 205
6.3.1 线性材料模型的不足之处与 ZWT 方程简介 205
6.3.2 蜘蛛丝 ZWT 方程的建立和“应变记忆”算法 208
6.3.3 基于 ZWT 方程的柔性丝线的有限元实现 216
6.3.4 单根黏弹性丝线受横向撞击的数值模拟与分析 220
6.3.5 基于黏弹性丝线材料的整网拦阻过程模拟 224
6.4 关于空气阻力在蜘蛛网能量耗散中作用的理解和讨论 230
6.5 结论 231
参考文献 232
第7章 水下运动中的能量储存与耗散：鱼、青蛙、龟 234
7.1 鱼类皮肤的能量储存与释放 234
7.1.1 引言（历史回顾） 234
7.1.2 纤维自由缠绕动物的扁椭圆躯体模型 235
7.1.3 纤维受限缠绕动物的长椭圆躯体模型（鱼皮肤储能模型） 238
7.1.4 纤维自由缠绕动物算例 239
7.1.5 纤维受限缠绕动物算例（鱼皮肤储能模型） 240
7.1.6 附录 241
7.2 青蛙跳跃的能量储存与释放 242
7.2.1 引言 242
7.2.2 跳跃实验概述 243
7.2.3 实验材料 244
7.2.4 实验方法与步骤 244
7.2.5 青蛙的生物特征 245
7.2.6 实验数据处理及结果 246
7.2.7 起跳阶段运动学规律 249
7.2.8 跳跃简化数学模型 251
7.3 龟壳的能量吸收机制 254
7.3.1 引言 254
7.3.2 龟壳的结构 255
7.3.3 龟壳的抗压与抗弯性能 257
7.3.4 龟壳的抗冲击与抗疲劳性能 258
参考文献 260
第8章 动物的尺度效应和动态相似理论假说 263
8.1 引言 263
8.2 动物弹性相似理论 263
8.3 动物几何相似理论 268
8.4 动态相似理论 269
参考文献 274
第9章 仿生刚度梯度圆环阵列防护系统及其抗冲击特性 275
9.1 引言 275
9.2 仿生刚度梯度圆环系统 276
9.2.1 几何构造和有限元模型 276
9.2.2 刚度分布 278
9.3 仿生刚度梯度圆环防护系统理论分析模型 281
9.4 有限元模型验证 283
9.5 单列仿生刚度梯度圆环的参数化分析 285
9.5.1 弹性模量分布对防护特性的影响 285
9.5.2 半径分布对防护特性的影响 287
9.5.3 壁厚分布对防护特性的影响 288
9.5.4 不同单列仿生刚度梯度圆环的防护特性比较 289
9.5.5 低冲击速度下单列仿生圆环系统的防护性能 291
9.6 仿生圆环阵列的防护特性分析 292
9.7 结论 298
参考文献 298
第10章 基于鞘翅微结构启发的抗冲击仿生结构 300
10.1 引言 300
10.2 结构设计 301
10.3 研究方法 303
10.3.1 有限元模型 303
10.3.2 力学测试 304
10.4 结果分析 306
10.4.1 变形模式 306
10.4.2 耐撞性分析 308
10.4.3 泊松比 309
10.5 理论分析 310
10.6 讨论 313
10.6.1 相对密度对能量吸收的影响 313
10.6.2 细胞壁角度对能量吸收的影响 315
10.6.3 冲击速度对能量吸收的影响 317
10.7 结论 319
参考文献 320