鳄鱼吻部具有的优良性能与其结构特点密不可分,结构对力学性能的影响以及如何将这种特殊的结构应用于仿生设计均值得我们深入探索。本文以菲律宾鳄鱼头骨为研究对象,以分析它的力学特性与结构间的关系,并将分析结果应用于仿生鳄鱼装置的结构设计为研究目的。运用逆向工程技术对复杂的鳄鱼头骨进行了三维重构,基于有限元理论与有限元分析方法对它的吻部结构进行力学特性分析,利用计算机技术对提取的特征参数进行数学模型构建,最终将分析结果与构建的数学模型应用于仿生设计。将现有方法与技术结合应用于新对象的研究,发挥了鳄鱼生物特性的价值,设计了仿生抓取装置与仿生打捞装置,扩大了仿生鳄鱼装置的应用范围。本文的主要研究内容如下:1、运用逆向工程软件Geomagic Studio对鳄鱼头骨的数据进行了三维重构。对因扫描造成的缺失及重叠等问题进行了多边形阶段处理,将修复后的鳄鱼头骨模型命名为模型Ⅰ（未填充）。然后根据鳄鱼捕食实际情况将眼部与鼻部区域的孔洞按曲率进行填充,得到恢复曲面形貌后的鳄鱼模型,将它命名为模型Ⅱ（已填充）,并将模型Ⅰ与模型Ⅱ进行了偏差对比。最后基于NURBS（非均匀有理B样条）完成了对模型Ⅰ与模型Ⅱ的曲面化阶段处理。研究结果表明二者偏差主要为填充区域,其余部分偏差较小,两个模型均可用于后续分析。2、基于有限元理论与有限元分析软件ANSYS对鳄鱼头骨模型及对比模型展开力学特性分析。根据模型Ⅰ骨骼机构特点,利用三维设计软件CATIA建立它的简化模型。首先将重构后的模型Ⅰ与模型Ⅱ在同等条件下进行结构静力分析对比,再将简化模型与模型Ⅱ在同等条件下进行结构静力分析与模态分析对比,最后对简化模型与鳄鱼模型Ⅱ在同等条件下进行流体力学分析对比。对比结果可以看出在同等条件下模型Ⅱ与其他两个模型相比,抗变形能力更强,应力分布更加分散,不易产生共振,可为后文的仿生设计提供依据。3、利用软件Geomagic Studio的裁剪功能,提取了模型Ⅱ的不规则曲面、流线型曲线的数据,并利用MATLAB软件工具箱中的拟合功能,完成了它们数学模型的构建。因非规则曲面直接构建较为复杂,本文按照其形貌特征分成三部分,采用多项式拟合的方法对三个曲面进行数学模型的构建并得到三个数学方程,提取拟合后的数据将其合并为完整的数学模型与原曲面进行偏差对比,标准偏差为0.6825,在可接受范围内,采用多项式逼近与正弦曲线逼近的方法对曲线的点云数据进行数学模型的构建并得到两个数学方程,将它们分别与原曲线对比,后者得到的数学模型决定性系数更高且误差更小。构建的数学模型及方程均可应用于后文的仿生设计。4、以力学特性分析的结果与构建的数学模型为基础,利用软件CATIA进行了仿生抓取装置与仿生打捞装置的结构设计。根据鳄鱼吻部结构特点及牙齿分布特点,设计仿生抓取装置Ⅰ,在它的基础上使其轻量化,设计性能相近的仿生抓取装置Ⅱ。根据鳄鱼结构特点、牙齿结构特点和攻击特点等,设计仿生打捞装置,解决现有装置不能水陆两栖、破碎、打捞、过滤、收集的一体自主运行弊端。以上的仿生装置结构设计,有一定的实用价值,在仿生机器人领域、水利工程领域等有良好的发展前景。