甲虫前翅结构中的优化设计

为了设计开发轻量型仿生复合材料 ,选择了独角仙和锹形虫两种甲虫前翅为仿生对象 ,用电子显微镜观察了这两种甲虫前翅结构上的异同 ,考察了甲虫前翅中的优化设计思路。结果表明 :(1)两种甲虫前翅均采用了以小柱为中空层的夹芯层状结构及框架结构的轻量型设计手法。(2 )独角仙前翅为一次性式的十分经济的设计方式 。

甲虫前翅仿生复合材料研究的进展

为了设计开发轻量型仿生复合材料,对甲虫的前翅进行了一系列的研究。通过解剖甲虫前翅,在探明了甲虫前翅的微细结构及其小柱结构的同时,比较了2种甲虫前翅的结构,并通过对甲虫前翅的力学实验与解析,证实甲虫前翅确实具有优良的力学特性,从而提出了一种轻量型高强度的夹芯层状三合板的结构模型。

前翅鞘翅型的蝽类昆虫

鞘翅型蝽类昆虫前翅发达,与甲虫的前翅相似。类群涉及鞭蝽型、蝎蝽型、细蝽型、臭虫型、蝽型中的栉蝽科、裂蝽科、小潜蝽科、固蝽科、蚤蝽科、涯蝽科、网蝽科、盲蝽科、长蝽科、缘蝽科共10个科。它们的生境多样,包括水底小石块下面、水生植物上、海岸潮间区石隙中、蚂蚁巢穴中、沙漠灌木植物上、土中、沙砾中、枯枝落叶层和苔藓上,这些生境的共同点是其对前翅的保护功能的选择压力明显大于对前翅飞行功能的选择压力。此类昆虫的前翅特化的类型分为两类,一类膜区完全退化或极度退化,由革区和爪区(愈合或不愈合)构成鞘质前翅的主体;另一类膜区发达,占鞘质前翅的主体;大部分前翅鞘质化的蝽类属于第一种类型;仅个别长蝽科的昆虫属于第二类,如巨膜长蝽Jakowleffiasetulosa(Jakowleff)。

东亚飞蝗前翅感受器的类型与分布初步研究

利用扫描电镜对东亚飞蝗（Locusta migratoria manilensis）成虫前翅感受器的外部细微结构及分布进行了观察。根据感受器的外部细微结构和分布特点，将东亚飞蝗成虫前翅感受器分为3种类型。类型Ⅰ：感受器长30．80μm，直径一般为5—10μm，基部略有膨大，表面比较光滑，主要分布在前翅背面的前缘脉域和臀脉域的基部，数量（512．6±36．0）个，以及前翅腹面的前缘脉域，中脉域和臀脉域的基部，数量（1278．8±67．8）个；类型Ⅱ：感受器长100-300μm，直径为3—5μm，着生于膨大的毛窝中，主要分布在前翅背面的前缘脉和亚前缘脉上，数量（107．8±5．4）个，以及前翅腹面的前缘脉和径脉上，数量（57．4±2．6）个。类型Ⅲ：感受器长20-40μm，直径为5-10μm，着生于膨大的毛窝中，表面有纵纹，顶部呈弧形弯曲，主要分布在前翅背腹面的肘脉和径分脉上，背面数量（95．4±2．9）个；腹面数量（38．2±1．5）个。另外，对前翅背腹面间的感受器数量的显著性比较，发现前翅背腹面间的感受器数量极显著差异（P〈0．01）。对雌雄性成虫前翅感受器数量的显著性比较，发现雌虫背面的类型Ⅰ感受器和腹面的类型Ⅲ感受器的数量与雄虫有显著差异（P〈0．05），其余类型感受器的数量在雌雄虫间均没有显著差异。

3种蟋蟀的音锉和前翅微毛

利用扫描电镜观察了 3种蟋科昆虫即大金蟋Xenogryllustransversus(Walker ,186 9)、云南茨娓蟋Zvenellayunnana(Gorochov ,1985 )、半翅纤蟀Euscyrtushemelytrus(DeHaan ,1842 )的音锉及附近翅面微毛结构 .观察结果表明 :3种昆虫音锉和音齿形态结构在种间存在明显差异 ,种内差异很小 ;音锉附近的翅面微毛形状及分布 ,在 3种间存在明显差异 .

基于机器视觉的蛾类三维姿态中前翅间夹角计算方法

【目的】在农林业害虫自动识别分类过程中,目标蛾类三维姿态的准确获取可以优化识别过程,提高识别效率。通过对复杂的蛾类害虫三维姿态进行量化,准确获取虫体三维姿态的信息数据,可克服二维姿态识别的信息缺失问题,提高算法的鲁棒性,为蛾类虫体的自动识别奠定基础。【方法】以棉铃虫为例,提出一种基于机器视觉原理的蛾类虫体前翅间夹角计算方法,以确定虫体的三维姿态,即:通过角点检测原理提取蛾类虫体前翅的标记特征点,获取标记特征点的空间坐标,进而计算虫体前翅间夹角角度。【结果】此方法能够快速、便捷、准确地获取棉铃虫成虫虫体前翅间夹角,且相对误差0.10%~3.96%;该计算方法与激光测量进行偏差分析,均方根误差为1.421 6;配对T检验无显著性差异,表明本文提出的方法可行。【结论】以棉铃虫为例提出一种基于机器视觉的标记特征点虫体前翅间夹角计算方法,平均用时仅14.6 s,少于激光测量法的1 min,在计算效率上也有所提高,为多姿态蛾类害虫的自动监测、快速识别提供重要的技术手段。

蜻蜓滑翔时柔性褶皱前翅气动特性分析

蜻蜓是自然界优秀的飞行家,滑翔是其常见且有效的飞行模式.蜻蜓优异的飞行能力来源于其翅膀的巧妙结构,褶皱是蜻蜓翅膀上最为显著的结构之一,不仅提高了翅膀的刚度,还改变了其气动特性,而飞行过程中柔性翅膀会产生变形是蜻蜓翅膀的另一特性.为揭示蜻蜓在滑翔时,柔性褶皱前翅的变形,探究褶皱和柔性的共同作用对其气动特性的影响,基于逆向工程,依据前人的测量数据和研究成果,通过三维建模软件建立了蜻蜓三维褶皱前翅的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模型和计算结构力学(computational structural mechanics,CSD)模型,并通过模态分析验证了此模型有足够的精度.基于CFD方法和CFD/CSD双向流固耦合计算方法分别对蜻蜓滑翔飞行时刚性和柔性褶皱前翅的气动特性进行了数值模拟,结果表明,柔性褶皱前翅受气动载荷后,翅脉和翅膜产生形变,柔性前翅上下表面压力差相较于刚性前翅减小了,从而其升力和阻力也减小了,而在大攻角时,变形后的前缘脉诱导出比刚性前翅更强的前缘涡.因此在攻角小于10?时刚性前翅的气动特性优于柔性前翅,继续增大攻角,柔性前翅的气动特性则优于刚性前翅.前翅受载后气动响应时间短,翅尖的变形最大,仅仅产生了垂直于翅膀所在平面方向上的变形,而没有发生扭转,翼根处受到应力最大,褶皱上凸部分承受蜻蜓滑翔时前翅的主要载荷.

甲虫前翅中的三维复合材料结构

为了设计开发轻量型仿生复合材料,考察了甲虫独角仙成虫前翅的结构,得到了甲虫前翅及其小柱结构的简易模型。观察结果表明:独角仙前翅为具有以小柱为中空层的夹芯层状三合板结构,这种结构为一种轻量型的复合材料板材;小柱中的纤维通过大于90°弯曲与上层及下层中的纤维连续相连接,这种结构对层状纤维强化的复合材料可以极其有效地提高层间的抗剥离性能。

蜻蜓滑翔时前翅褶皱的流固耦合分析

滑翔是蜻蜓常见的一种飞行模式,为探究蜻蜓滑翔时气动力对前翅的影响,选取蜻蜓前翅横截面的褶皱,建立适当简化的二维数值模型——褶皱翼型,对二维褶皱翼型进行了单向和双向流固耦合分析。结果表明:褶皱的变形和应力随着攻角的增大而逐渐增大,且在同一攻角下,越靠近蜻蜓身体部分的横截面褶皱,变形和应力越大,越靠近前翅展向的外沿,变形和应力越小,褶皱的存在使蜻蜓前翅在受载荷后力学分布更加合理。

甲虫前翅结构及其仿生研究进展

综述了近年来国内外有关甲虫前翅结构与仿生应用的研究成果及其发展前景。指出前翅是以小柱为中空层的框架式结构,其左右前翅结合部分是一种巧妙的凹凸啮合结构;前翅内存在着网状-小柱结构,这是一种轻量型夹芯层状三合板结构;小柱中的纤维与上下层中的纤维是连续的,可有效增加叠层复合材料的抗剥离强度;一些甲虫前翅的表面具有特殊的生物结构,从而具有一些特殊的功能,如具有减阻、集水或显色功能。结合生命科学的最新研究成果,提出了通过基因组技术生产仿生材料的设想。

甲虫前翅仿生应用基础研究二十年：内部结构、模型及其一体化蜂窝板

回顾了笔者从事甲虫前翅仿生研究20年的历程:前期(1997~2007年)主要指出了甲虫前翅具有以小柱为中空层的轻质变截面边框结构,由此可获得所需的抗弯模量和转动惯量;独角仙前翅为非等角的叠层结构、具有异方性的拉伸强度;首次获得了整个前翅小柱的分布状态;实施了前翅的剥离实验,实证了小柱根部具有将剥离破坏转换成纤维拉伸断裂的作用,从而具有很强的抗剥离力学性能;同时提出了以蛋白质为芯的小柱模型和(空心)小柱-蜂窝三维结构模型,阐明了雌雄独角仙和锹形虫前翅结构的不同设计手法及其生物学意义.中期(2008~2015年)主要开发了一体化蜂窝板的制备技术;提出了完全一体化蜂窝板的概念与模型;定性地考察了多体成型、短切增强纤维长度、工艺小孔及其小柱对仿生样品力学性能的影响规律;初步证实了仿生一体化蜂窝板的优越性.最后在指出了前期研究成果对同行的影响、中期研究中存在问题的同时,简介了最新(2015~2017年)的研究进展.不仅全面验证了笔者最初对甲虫前翅具有轻质高强结构的推理,而且也充分显示了仿生学的价值和意义所在.

独角仙前翅中的小柱分布及其前翅表面的微细构造(英文)

从仿生学的角度 ,通过研究飞行动物翅膀的力学特性 ,在航天航空业界的构造设计上获得有益的启示。用扫描电子显微镜及透射光 ,考察了独角仙前翅的微细构造。结果在考察方法及昆虫形态学 ,特别是有关独角仙前翅小柱分布及其前翅表面的微细构造方面 ,亦得到了一些新的见解 :1)将甲虫前翅置于透过光下 ,甲虫前翅上的小柱呈黑点状。用此方法 ,探明了独角仙前翅中的小柱 ,除了延气管两侧有点近似直线的排列之外 ,均为无规律分布。此种分布规律不同于以往所认识的其它种类甲虫所具有特征 :小柱以直线分布 ,并且与小柱对应的前翅表面有凹穴作标记。 2 )在独角仙前翅内部 ,存在着网状 (蜂窝状 )的构造。此种构造通常在一蜂窝状构造上有 1- 2根小柱 ,每个蜂窝上小柱根数和蜂窝的大小有关 ,并且小柱主要分布于蜂窝的角落上 (蜂窝状构造是航空等许多业界已经广泛采用的工业化了的优良构造 ,甲虫在此基础上用柱子进行强化 ,此种强化构造有可能给相关业界的构造设计带来有益的启示 )。

为害龙眼的亥麦蛾属一新种记述(鳞翅目:麦蛾科)

本文记述福建为害龙眼的一种新害虫,为鳞翅目麦蛾科亥麦蛾属的一个新种,按寄主植物命名为龙眼亥麦蛾Hypatima longanae,sp.n.,与近缘种进行了比较,并概述其幼期特征及生物学特性与为害情况,以供进一步调查研究和防治参考。

新疆芫菁记述(Ⅱ)(续Ⅰ)——(鞘翅目:芫菁科)

3 新疆芫菁分种记述新疆已知芫菁有41种,分隶于5属,均属于Lyttinae亚科.1 短翅芫菁属 Genus Meloe Linnaeus,1758.(图1)Meloe Linnaeus syst.Nat.,ed.X,P.419(1758).Borchmann,Col.Cat.,LXIX,P.119(1917).Cneslocera Thoms.,Skand Col.I,P.124(1859).Cnelocera Reitter,Fau-na Germ Ⅲ,P.387(1911).Trichomeloe Reitter,Fauna Germ.Ⅲ,P.391(1911).体粗大肥胖.前翅短,基部彼此超越,远端分开.腹部甚长,鼓出,雄体的腹部一般,雌体的腹部经常超出前翅端部.甲虫在春天见于开阔地段;幼虫寄生在同一地点的蜂巢内.—3种.1.曲角短翅芫菁Meloe(Proscarabaeus)proscarabaeus L.体长12—22mm.黑色,具兰色色调,少数为暗兰色.体被稀疏白毛.雄体触角节有力增粗,并在中部变弯;雌体触角中部明显增粗,向基部和端部变细.前胸背板宽大于或稍大于基长,头和前胸背板被有粗而密的刻点.后足基节长大于其宽,胫节上的外距较宽,内距尖细,足上刻点较头和前胸背板为细.前翅刻点化,且在肩部的皮状皱纹增宽.生态生物学未查.

中国窄腹细蜂属四新种记述(膜翅目:窄腹细蜂科)

窄腹细蜂科Ropronia Provancher,1886隶属于细蜂总科Serphoidea窄腹细蜂科Roproniidae。全世界已知9种,我国已知3种:短角窄腹细蜂R.brevicornis Townes^1、四川窄腹细蜂R.szechuanensis Chao^2和浙江窄腹细蜂R.zhejiangensis He^3。本文报道在我国新发现的4新种:红腹窄腹细蜂R.rufiabdominalis、斑足窄腹细蜂R.pectipes、浪唇窄腹细蜂R.undaclypeus和双瘤窄腹细蜂R.bituberculata。新种模式标本除浪唇窄腹细蜂副模和双瘤窄腹细蜂副模存福建农学院生物防治研究所外,其余均放在浙江农业大学生物防治研究室。

云南省蝗虫三新种(直翅目:蝗总科)

本文报告云南省蝗虫三新种,模式标本保存在中山大学昆虫学研究所标本室。 1、短翅橄蝗Tagasta brachyptera,新种(图1—3,9—10) 雄性:头顶等边三角形,其长略长于眼间距,两侧缘之长等于在复眼前之宽度,顶端为锐角。头顶及后头具中隆线。颜面隆起较低,上端狭,下端略宽;中央具凹沟,近唇基处凹沟不明显。复眼近似圆形;复眼后方具一列形状不规侧、大小不一的白色颗粒。触角丝状,其长超过前胸背板颇多,18—19节。前胸背板前缘宽弧形,中央微凹。

木蠹蛾一新属一新种(鳞翅自:木蠹蛾科)

笔者在整理木蠹蛾科标本时,发现木蠹蛾亚科Cossinae一新属新种,兹记述如下: 叉钩木蠹蛾属Bifiduncus, gen.nov. 触角双栉状,直到端节均具栉齿,无单眼;下唇须较短,后足胫节2对距。 前翅副室很小;小中间室更小,仅为Cula—Culb的1/2;后翅Sc游离,小中间室发达,为Cula—Culb的2倍以上,Culb从中室3/4处分出。 钩形突末端分文,凹入很深。颚泡极大,抱器基部宽、末端尖;基刺突极为发达,末端伸达抱器3/4处,长于抱器长度的1/2。阳茎无角状突。

中国棍蓟马族种类及二新种记述(缨翅目:蓟马科)

棍蓟马族(Dendrothripini)是锥尾蓟马亚目、蓟马科植食性的类群,主要特征是:体型小而宽扁,具网状纹,后胸腹板内骨叉(furca)向前伸展达中胸(图3),腹部背板第Ⅱ—Ⅶ节中央有一对相靠近的粗鬃。本文记述本族在中国有分布的3个属共9种,其中2中国分布新记录和2新种。模式标本存华南农业大学昆虫标本室。 棍蓟马族在中国已知有3个属:

水蜡蛾属一新种(鳞翅目:水蜡蛾科)

本文记述水蜡蛾属一新种,新种模式标本保存于吉林农业大学昆虫标本室。 吉林水蜡蛾Brahmaea jilinensis Zhang,新种(图1—5) 雄虫体长35mm,前翅长58mm。触角黄褐色,双栉状。体背、腹黑色,头顶在触角间有黄褐色纹,前胸的前缘、肩片具黄褐色边。腹部两侧有黄褐色波形纵纹,纹内有黑边椭圆形斑。前翅外缘为灰褐色边,内侧有一列半圆形斑带,顶角者具黑斑,翅中部由10个不整齐的脉间长黑斑组成中横带,黑斑中间为黄褐和黑褐色。