科学研究:
研究方向:
1、仿生轻质结构及其复合材料的开发
自1997开始以甲虫前翅为仿生对象展开了一系列研究。首次提出了甲虫前翅为完全
一体化的夹层板结构,据此首创了一体化蜂窝板的制备技术;前翅内有千余根小柱,且小柱中心为蛋白质,周围为强化纤维,并与上、下层中的纤维形成天然一体的有机体!这种结构可以把层间的平均剥离强度提高到3倍;提出空心薄壁柱-蜂窝结构夹层板,揭示了甲虫在千万年的生物进化中形成了具有极高强度和耗能能力的生物结构,并据此提出一种全新的仿生夹层板结构:“甲虫板”。现已证明,在芯层壁厚相同的条件下,甲虫板的抗压强度和耗能能力分别约是蜂窝板的2和3.5倍,探明了甲虫板芯层小柱-蜂窝结构的相互作用机制,并在此基础上提出了一种新型方向吸能缓冲结构。
图1 甲虫及其前翅中的小柱结构. A. 独角仙,B.锹形虫;C.小柱外形,D.小柱模型,E,F.小柱外层的纤维排列情况。
图2 甲虫前翅内部结构及其仿生模型:甲虫板。(a)甲虫前翅内部三维结构;(b)甲虫板芯层薄壁空心小柱-蜂窝结构;(c)甲虫板。
在国家重点专项《工业化建筑部品与构配件制造关键技术研究与示范》中,承担子课题“基于仿生结构的复杂建筑部件的优化设计及柔性制造技术研究”:针对传统复杂建筑结构装饰面的易剥落、运输安装复杂、装饰本身结构性能低以及更好适应各类建筑的复杂曲面等问题,通过探究各类甲虫前翅结构的不同曲率,进一步实现新型轻质高强曲面仿生板材的研究与开发;在充分研究曲面甲虫板结构力学性能的基础上,实现其在复杂建筑中的应用,具备高效、经济、快速、安全等特点。
在2018年国家自然科学基金《玄武岩纤维增强树脂复合材料甲虫板的等效模型及其振动机理研究》中,利用短切玄武岩纤维增强树脂基复合材料制备甲虫板,系统研究其力学性能,并分析小柱-蜂窝结构对上述力学性能的影响机理;利用夹层板理论,建立基于数值模拟方法的甲虫板等效模型,并研究其振动性能。本项目为开发纤维复合材料甲虫板产品提供理论及应用基础,对我国航空、航天、高铁等行业的持续高速发展具有重要经济和社会意义。同时,力学性能卓越的甲虫板将在建筑结构、交通运输及航空航天等领域的应用得到广泛的应用。
2、新型仿生秸秆保温墙体材料开发
秸秆建材保温隔热性能良好,其建筑物保温性好节能效果显著,并具有抗震防火隔音和有害挥发物少的特色;秸秆产量大、生产周期短,生产成本低,同时具有应用广泛、施工便捷的特点,因此推广秸秆建材不仅环保护林、而且具有很好的社会和经济效益。已经指导学生获得全国高校土木工程专业本科生优秀创新实践成果特等奖2次,国家发明专利,发表多篇SCI论文。目前正在开展仿生样品试制,力学性能测试解析及其应用研究。
图3 秸秆建筑。(a)埃申茨秸秆建筑,(b)Jabori妇女社区中心,(c)上海世博会万科馆,(d)蝴蝶房,(e)斯特劳巴莱住宅,(f)正在建造的秸秆建筑。
主持项目:
[15] 陈锦祥,赵才其,胥明,谢娟,郭振胜,卫佩行,杜生辰,张晓明,潘隆成,余心笛,玄武岩纤维增强树脂复合材料甲虫板的等效模型及其振动机理研究,国家自然科学基金面上项目,项目编号: 待定,经费:70.98万元,研究期间:2019.1.1- 2022.12.31.
[14] 陈锦祥等,《工业化建筑部品与构配件制造关键技术研究与示范》中的子课题“基于仿生结构的复杂建筑部件的优化设计及柔性制造技术研究”,135国家重点专项,项目编号: 待定,经费:50万元,研究期间:2017.9-2020.12.
[13] 陈锦祥,基于学科交叉的自主创新型人才培养的研究,校级创新创业类专项教改项目,项目编号:待定,经费:0.8万元,研究期间:2017.04-2018.12.
[12] 陈锦祥,谢娟,郭振胜,拓万永,张晓明,徐梦烨,仿生一体化绿色轻质秸秆墙体的应用基础研究,华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室开放研究基金,项目编号: 2017ZA01,经费:8.0万元,研究期间:2017.1.1- 2018.12.31.
[11] 陈锦祥,谢娟,张晓明,卫佩行,拓万永,徐梦烨,“一带一路”战略中卓越人才的新型贯通式培养模式,2016年度东南大学土木工程优势学科二期教改项目,项目编号: CE04-2-6,经费:5万元,研究期间:2016.1-2018.6.
[10] 陈锦祥,沙弗(留学生),2015年度东南大学土木工程优势学科(二期)/品牌专业建设,国际合作与交流项目: 基于仿生学原理的新型秸秆建材开发,项目编号: CE05-5-2,经费:1.5万元,研究期间:2015.1-2017.12.
[9] 陈锦祥,沙弗(留学生) ,谢娟,基于仿生学原理的新型秸秆建材开发,2015年度东南大学土木工程优势学科(二期)/品牌专业建设,优秀博士学位论文及创新人才培养基金项目,项目编号: CE02-2-25,经费:12万元,研究期间:2015.1-2017.12.
[8] 陈锦祥,拓万永,谢娟,甲虫前翅及仿生一体化蜂窝板的力学性能研究,2015年度东南大学土木工程优势学科(二期)/品牌专业建设,优秀博士学位论文及创新人才培养基金项目,项目编号: CE02-2-7,经费:12万元,研究期间:2015.1-2016.12.
[7] 李峰,陈锦祥,周晓晶,谢娟,潘林,潘乐,陈勇,张家港市低碳生态生活科技社区建设,江苏省科学技术厅科技支撑计划-社会发展,项目编号: BE2013650,经费:15万元,研究期间:2013.6.1-2015.5.31.
[6] 陈锦祥,徐丽娜,谢娟,祖峤,王勇,无墨生态打印技术及其应用研究,2012年度江苏省“六大人才高峰”C类资助项目,项目编号:2012-JNHB-013,研究期间:2013.1-2015.12.(陈锦祥被列为“六大人才高峰”培养对象)
[5] 陈锦祥,王勇,刘建勋,谢娟,刘建斌,郑晶晶,郭阳,陈兴芬,一体化仿生蜂窝复合材料的力学特性研究,国家自然基金面上项目,项目编号:51173026,经费:58万元,研究期间:2012.1-2015.12.
[4] 胡显奇,陈锦祥等,玄武岩纤维规模化生产技术及工艺优化关键技术研究与示范,国家科技支撑计划课题,项目编号:2011BAB03B10,经费:2550万元,研究期间:2011-2013,已结题。
[3] 陈锦祥等,甲虫前翅结构仿生复合材料的应用基础研究,国家省自然科学基金,项目编号:50273034E0302,经费:23.5万元,研究期间:2003.1-2005.12,已结题。
[2] 陈锦祥等,仿生复合材料开发的应用基础研究,浙江省自然科学基金,项目编号: 501017E0302,经费:4.5万元,研究期间:2002.1-2004.12,已结题。
[1] 陈锦祥,甲虫前翅构造解析,京都工艺纤维大学,经费:30万日元,研究期间:1999年,已结题。
参与的项目:
[12] 周满等,大跨变截面PC波形钢腹板组合箱梁受剪性能及屈曲破坏机理研究,江苏高校优势学科建设工程,经费:7万元,研究期间:2015-2017,已结题。
[11] 吴智深等,重大工程耐久与健康创新引智基地,高等学校学科创新引智计划(“111计划”),研究期间:2012-2016,已结题。
[10] 吴智深等(本人参与,排名第5),高性能纤维复合索及其大跨预应力结构全寿命研究,江苏省自然科学基金,项目编号:SBK201010166,经费:100万元,研究期间:2010-2013,已结题。
[9] 吴智深等(本人为核心成员),2012年江苏省“双创计划”团队,经费:100万元,研究期间:2012,已结题。
[8] 吴智深等(本人参与),高科技玄武岩纤维材料产业产学研联合创新服务平台启动期建设,江苏省科技计划项目,项目编号:BY2011015,经费:1200万元,研究期间:2011.7-2012.12,已结题。
[7] 加藤千幸等(本人参与,为子课题:智能界面GUI开发等项目的主要负责人),创造性电子仿真软件开发,日本文部科学省2006-2008,经费:26亿日元,研究期间:2006-2008,已结题。
[6] 福山佳孝等(本人参与),绿色发动机技术(高效发动机-CO2低排放技术及高温燃气发动机叶片冷却技术),日本文部科学省,经费:5年约数十亿日元,研究期间:2003-2006,已结题。
[5] 吉田丰明等(本人参与),新型耐热材料实机应用研究,日本宇宙航空研究开发机构,经费:每年约3千万日元,研究期间:2002-2004,已结题。
[4] 小河昭纪等(本人参与),智能引擎叶片开发研究,日本宇宙航空研究开发机构,经费:每年约3千万日元,研究期间:2001-2004,已结题。
[3] 原田广史等(本人参与,为子课题:结构强度评价项目的主要负责人),新世纪耐热材料(系列课题),日本文部科学省,经费:约20亿日元,研究期间:2001-2006,已结题。
[2] 陈时若等(本人排名第二),蚕茧品质与干燥工艺的关系研究,纺织部,经费:3万元,研究期间:1995年前后,已结题。
[1] 陈时若等(本人排名第三),蚕茧干燥机理研究,纺织部,经费:3万元,研究期间:1990年前后,已结题。
国际或国家发明专利:
[28] 郭振胜,陈锦祥,宋毅恒,徐圆, 一种多层纸质蜂窝夹芯板及其制备方法(审查中) 申请号:201910738366.1
[27] 宋毅恒,郭振胜,陈锦祥,徐圆, 一种隔热保温蜂窝板及其制备方法(审查中) 申请号:201910738358.7
[26] 宋毅恒,陈嘉顺,陈锦祥, 一种点云处理三维重建方法(审查中) 申请号:201910839916.9
[25] 陈锦祥,拓万永,杜生辰, 一种针对夹层板芯层的剪切实验装置及其实验方法(审查中) 申请号:2018/05/09
[24] 陈锦祥,郝宁,谢娟,陈宇来, 一种侧拉式行李箱(审查中) 申请号:2018/05/08
[23] 陈锦祥,陈宇来,谢娟,郝宁, 一种推拉式行李箱(审查中) 申请号:2018/05/08
[22] 郭振胜,俞涛,陈锦祥,拓万永, 一体化秸秆夹心填充墙体制备方法及一体化秸秆夹心填充墙体
已经授权:201710016592.X 授权公告日:2019.11.05
[21] 张晓明,陈锦祥,潘隆成, 一种适用于装配式结构的节点连接装置(审查中) 申请号:201610903058.6 2016/10/17
[20] 陈锦祥,张晓明,徐梦烨,拓万永,一种汽车保险杠缓冲结构(审查中) 申请号:201610903059 2016/10/17
[19] 陈锦祥,张晓明,拓万永,杜生辰,一种幕墙装饰结构(审查中) 申请号:201610903060.3 2016/10/17
[18] 张晓明,谢娟,陈锦祥,一种加强型多边形格栅结构(审查中) 申请号:201610903361.6 2016/10/17
[17] 陈锦祥,张晓明,谢娟,拓万永,一种仿生吸能盒(审查中) 申请号:201610903362 2016/10/17
[16] 张晓明,谢娟,陈锦祥,郭振胜,一种多边形格构式格栅-柱结构夹层板 申请号:201610903458.7 2016/10/17
[15] 陈锦祥,张晓明,谢娟,徐梦烨,一种具有薄壁多边形栅格-柱结构的缓冲夹层板(审查中) 申请号:201610424319.6 2016/6/15
[14] 陈锦祥,张晓明,拓万永,一种仿生组合梁/板结构及施工方法(审查中) 申请号:201610424915.4 2016/6/15
[13] 张晓明,陈锦祥,郭振胜,一种连接装置 申请号:201610395855.8 2016/6/6
[12] 张晓明,陈锦祥,谢娟,李敏,一种蜂窝夹层板 已经授权:201510976402.X 2015-12-23
[11] 周晓晶,陈锦祥,周满,尹磊,谢娟,垃圾投放箱及垃圾分类投放方法 申请号:201410855266.4 2014-12-31
[10] 陈锦祥,何成林,顾承龙,刘建勋,带封边一体化蜂窝板的成型工艺,ZL201310302313.8 2013-7-18 授权公告号:CN103341988B 授权公告日:2015.09.16
[7] 陈锦祥,谢娟,何成林,顾承龙,一体化的耐久型柱芯封边夹层板,ZL201210229905.7 2012-7-2 授权公告号:CN102950825B 授权公告日:2015.06.17
[6] Jinxiang Chen,Zhishen WU,Gang Wu,Juan Xie,Hong Zhu Mold and Method for Integrally Manufacturing Functional Cored Slab and Solid Slab with Polygonal Grid Honeycomb Structure Patent No. US 8889051(Authorization:2014.11.18)
[5] 陈锦祥,关苏军,谢娟,陈圣威,玄武岩纤维增强的木塑复合材料及其制备方法 ZL201010253516.9. 2012-08-13
[4] 陈锦祥,谢娟,关苏军,朱虹,一体化制备多边形栅格蜂窝结构实芯功能板的模具与方法 ZL201010228680.4 2010-07-15 公告日2012-04-25 公告号CN101885217B
[3] 陈锦祥,谢娟,陈放,一种生态打印方法及打印头装置 ZL201010218623.8 [P](2010-06-30 )
[2] 陈锦祥,关苏军,一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置和方法 ZL201010110069.1. 2010-02-11 公告日:2012-0-05 公告号CN101797783B
[1] 陈锦祥,倪庆清,岩本正治,一种中间为多边形栅格的夹层强化板 ZL03116503.6(2006.10.11)
实用新型:
[22] 陈锦祥,陈宇来,谢娟,郝宁,一种推拉式行李箱 申请号:2018-05-08
[21] 陈锦祥,郝宁,谢娟,一种侧拉式行李箱 申请号:2018-05-08
[20] 陈锦祥,张晓明,谢娟,拓万永,一种仿生吸能盒 申请号:2016-10-17
[19] 陈锦祥,张晓明,徐梦烨,拓万永,一种汽车保险杠缓冲结构 申请号:2016-10-17
[18] 张晓明,谢娟,陈锦祥,一种加强型多边形格栅结构 申请号:2016-10-17
[17] 张晓明,陈锦祥,潘隆成,一种适用于装配式结构的节点连接装置 申请号:2016-10-17
[16] 陈锦祥,张晓明,谢娟,徐梦烨,一种缓冲夹层板 申请号:2016-06-15
[15] 陈锦祥,张晓明,拓万永,一种仿生组合梁/板结构及施工方法 申请号:2016-06-15
[14] 张晓明,陈锦祥,郭振胜,一种仿生新型钢板剪力墙 申请号:2016-06-15
[13] 张晓明,陈锦祥,谢娟,李敏,一种蜂窝夹层板 申请号:20152089186.9 2015-12-23
[12] 周晓晶,陈锦祥,周满,尹磊,谢娟,垃圾投放箱 申请号:201420867342.9 2012-12-31
[11] 陈锦祥,谢娟,何成林,顾承龙,一体化的耐久型柱芯封边夹层板 申请号:201220319451.8 2012-07-02
[10] 王勇,陈锦祥,孟闯,谢娟,一种无墨生态打印装置 ZL 201120556549.0 2011-12-28 证书号:2393614
[9] 谢娟,陈锦祥,祖峤,万春风,一种纸平展式无墨生态激光打印装置 ZL 201120553486.3 2011-12-27 授权公告号CN202378430 U
[8] 陈锦祥,汪昕,谢娟,顾承龙,何成林,一体化蜂窝板的封边模具 ZL 2011 2 0297569.0(2011-08-16) 公告日:2012-05-09
[7] 王勇,周骏,陈锦祥,一种适用于万能制样机的靠模装卸装置 ZL201120063847.6(2011-3-11)
[6] 陈锦祥,谢娟,关苏军,朱虹,一体化制备多边形栅格蜂窝结构实芯功能板的模具 ZL 2010 2 02261000.4 (2010-07-15)
[5] 陈锦祥,谢娟,陈放,一种生态打印头装置 ZL 2010 2 0248698.6 (2010-06-30)
[4] 陈锦祥,关苏军, 一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置 ZL 2010 2 0113926.9 (2010-02-11)
[3] 王勇,周骏,陈锦祥,可直插麦克风的液晶显示器及其和麦克风的组合构件 申请号:200920295387.2(2009-2-29)
[2] 倪,岡崎,陳,高層間強度サンドイッチ構造およびその製造方法(日本) 発明等整理番号:0197
[1] 陈锦祥,倪庆清,一种中间为多边形栅格的夹层板 ZL03 2 30500.1(2004-08-18)
论文专著:
已发表论文120余篇,著书4本。 (近10年的主要业绩)
出版专著:
[3] 陈锦祥,拓万永,卫佩行,张晓明,谢娟,2015年度东南大学土木工程优势学科(二期)/品牌专业建设―教材专著出版基金项目,甲虫(前翅)结构及其仿生应用研究,项目编号:CE03-2-26,经费:6万元,研究期间:2016.1-2017.12.
[2] Chen J.,Ni Q.,Xie J., Light Weight Composites Structure of Beetle Forewing and Its Mechanical Properties (Chapter 16),Composites and Their Properties,ISBN 978-953-51-0711-8,edited by Ning Hu,In Tech,2012. pp. 359-390.
[1] 倪慶清,陳錦祥,カブトムシから学ぶ構造材料,次世代バイオミメティクス研究の最前線―生物多様性に学ぶ:(3-18),下村政嗣主编,シーエムシー出版,2011,pp.1-350.
发表论文:
2007后SCI论文 (近100篇,其中第一作者或通讯者52篇)
其中,仿生类42篇:非仿生类12篇
2012-2016五年不俗论文率达50%(9/18)。
总引用次数:2015.10-100次,2016.9-300次,2017.12止引用460余次,2018.5-496次,2020.1止引用近1千次。
H影响因子(-2018.5): 14(含自引),10(他引)。
仿生类43篇:
[43] JX Chen, SC Du, LC Pan, N Hao, XM Zhang, YQ Fu, The compressive property of a fiber-reinforced resin beetle elytron plate and its influence mechanism.
[42] JX Chen, N Hao, LC Pan, LP Hu, SC Du, YQ Fu, Characteristics of compressive mechanical properties and strengthening mechanism of grid beetle elytron plates.
[41] XM Zhang, XD Yu, JX Chen, LC Pan, Vibration property of beetle elytron plate and its shear characteristic.
[40] N Hao, JX Chen*, YH Song, XM Zhang, TD Zhao, YQ Fu, A new type of bionic grid plate—the compressive deformation and mechanical properties of the grid beetle elytron plate. J. Sandw. Struct. Mater. (Accepted,SCI,IF=5.0)
[39] JX Chen, YH Song, JS Chen, SC Du*, Research Progress of Curved Plates in China (I): Classification and Forming Methods. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Structures and Buildings (IF=0.89) (Accepted)
[38] XD Yu, XM Zhang, JX Chen*, CQ Zhao, TD Zhao, YQ Fu, The flexural property and its synergistic mechanism of multibody molded beetle elytron plates, Science China-Technological Sciences (IF=2.18) (Accepted)
[37] JX Chen,XD Yu,MY Xu,Y Okabe,XM Zhang,WY Tuo. Compressive properties of Beetle elytron plate with the trabecula located in middle of honeycomb wall. J. Sandw. Struct. Mater. (In press,SCI,IF=5.0)
[36] ZJ Zhang, JX Chen*, EMA Elbashiry, ZS Guo and XD Yu, Effects of changes in the structural parameters of bionic straw sandwich concrete beetle elytron plates on their mechanical and thermal insulation properties, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2019, 90, 217-225.(SCI, IF=3.5) DOI: 10.1016/j.jmbbm.2018.10.003. WOS: 000457510500025
[35] XD Yu, LC Pan, JX Chen*, XM Zhang, PX Wei. Experimental and numerical study on the energy absorption abilities of trabecular-honeycomb biomimetic structures inspired by beetle elytra. Journal of Materials Science, 2019, 54, 2193-2204.(SCI, IF=3.4) DOI: 10.1007/s10853-018-2958-0. WOS: 000450016100022.
[34] JX Chen*, XM Zhang, Y Okabe, J Xie and MY Xu. Beetle elytron plate and the synergistic mechanism of a trabecular honeycomb core structure. Science China-Technological Sciences, 2019, 62, 87-93.(SCI, IF=2.2) DOI: 10.1007/s11431-018-9290-1. WOS: 000459311600009
[33] MY Xu, LC Pan, JX Chen*, XM Zhang and XD Yu. The flexural properties of end-trabecular beetle elytron plates and their flexural failure mechanism. Journal of Materials Science, 2019, 54, 8414-8425.(SCI, IF=3.4) DOI: 10.1007/s10853-019-03488-7. WOS: 000461787500026
[32] JX Chen, WY Tuo, PX Wei, MY Xu. Characteristics of the shear mechanical properties and the influence mechanism of short basalt fiber reinforced polymer composite materials. J. Sandw. Struct. Mater, 2019, 21, 1520-1534. (SCI, IF=5.0) DOI: 10.1177/1099636217716466. WOS: 000468812800012.
[31] CQ Zhao, SC Du, JX Chen*, WY Tuo, MY Xu. Mechanical relationships between the fiber-lamination methods and the structural functions of Oryctes Rhinoceros horns. Materials and Technology, 2019, 53, 17-23.(SCI, IF=0.7)DOI: 10.17222/mit.2018.119. WOS: 000458523900003.
[30] XM Zhang, JX Chen, Y Okabe, J Xie, ZJ Zhang. Compression properties of metal beetle elytron plates and the elementary unit of the trabecular-honeycomb core structure. J. Sandw. Struct. Mater, 2019, 21, 2031–2041. (SCI, IF=5.0) DOI: 10.1177/1099636217722823. WOS: 000481475800012
[29] WY Tuo, PX Wei, JX Chen, Y Okabe, XM Zhang, MY Xu. Experimental study of the edgewise compressive mechanical properties of biomimetic fully integrated honeycomb plates. J. Sandw. Struct. Mater, 2019, 21, 2735-2750. (SCI, IF=5.0) DOI: 10.1177/1099636217722334. WOS: 000486040900006
[28] XD Yu, XM Zhang, JX Chen*, LC Pan, Y Xu and YQ Fu. Experimental verification and optimization research on the energy absorption abilities of beetle elytron plate crash boxes. Materials Research Express, 2019, 6, 1165e2.(SCI, IF=1.4) DOI: 10.1088/2053-1591/ab4f2c.
[27] XM Zhang, JX Chen, Y Okabe, PW Zhang, XB Xiong, XD Yu. Influence of honeycomb dimensions and forming methods on the compressive properties of beetle elytron plates. J. Sandw. Struct. Mater, 2017, 1-12. (SCI, IF=5.0) DOI: 10.1177/1099636217731993.
[26] JX Chen, WY Tuo, CF Wan, XM Zhang. Shear test method for and mechanical characteristics of short basalt fiber reinforced polymer composite materials. Journal of Applied Polymer Science, 2018, 135, 1-8. (SCI, IF=2.2) DOI: 10.1002/app.46078. WOS: 000425826800004.
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