低RCS立柱结构仿生设计及仿真分析

分析了空茎植物硬质层的弹性变形关系,结合结构仿生的基本理论,借鉴植物茎杆结构与立柱在功能和受力方面的相似性,对低RCS立柱结构进行了结构仿生设计,并对立柱内部的筋板进行了仿生布置,通过有限元仿真分析.对仿生改进结构进行了静动力学特性验证.     

液力变矩器仿生叶片压降性能试验

为了提高液力变矩器的性能和效率,在改变叶轮和叶片常规参数的基础上,将仿生学技术融入到叶片设计和试验当中.首先介绍了仿生植物叶片表面和仿生动物皮肤表面设计叶片的思想,然后给出了仿生叶片的制造过程,最后利用研制的试验台对设计的仿生叶片进行了压降性能测试.试验表明,该仿生叶片的减阻特性优于光滑叶片,进而可减小液力变矩器的内部流动损失,提高液力变矩器的整体效率.该试验设计思路和实施过程还可为如何利用仿生学的思想解决工程实践中遇到的问题提供借鉴.     

基于NiTi合金的仿生防护结构自恢复特性

借鉴猫科动物脚掌肉垫具有负泊松比结构的缓冲吸能特性,运用结构仿生学原理设计了仿生防护自恢复结构。利用NiTi形状记忆合金超弹性特性和负泊松比结构优异的力学性能,建立了简化的仿生防护自恢复模型,利用LS-DYNA对该模型进行了动态压缩特性和恢复特性模拟分析。同时,利用NiTi形状记忆合金材料制备仿生结构样件,并进行了动态压缩试验测试。结果表明:仿生结构样件在1200 N压力范围内,可实现受压变形后自激恢复的特性;NiTi合金仿生防护结构在压缩载荷的作用下具有优异的变形吸能和自恢复回弹特性;仿真分析结果与试验结果较为符合,较准确地模拟了样件在动态压过程中的变形特性及承载特性。本文研究成果实现了压力载荷作用下仿生防护结构的自动回弹恢复功能,对提高防护装甲的抗冲击、自恢复特性提供了参考。     

基于增材制造的仿生防护结构力学及回复特性分析

运用结构仿生学设计原理,建立了两种具有记忆恢复特性的智能仿生防护结构,利用选择性激光熔融增材制造技术制备了仿生结构模型,通过数值模拟和试验测试方法分别对其进行了力学特性分析和变形回复特性测试。结果表明:对比试验力-位移曲线及其变形模式,仿真计算结果较为准确地模拟了仿生防护结构模型样件在静压过程中的变形特性及承载特性;仿生防护结构的压缩量可达15%,其压缩强度为81.4 MPa;卸载后在加热工况下其变形回复率达到99.04%。该研究实现了利用增材制造方法对于压力载荷下仿生防护结构的制备及其回复变形的功能的验证,为开发新型智能仿生防护结构提供了理论依据。     

逆向工程在结构仿生设计中的应用研究

针对现代仿生设计中需用模型来模拟生物结构及原理的问题,提出了将逆向工程与结构仿生设计相结合的思想。以螃蟹模型为例,详细阐述了反求过程中扫描模型的建立、实物数字化、数据处理、CAD模型的重建等技术,成功完成了螃蟹曲面结构的三维造型。为将逆向工程技术应用到结构仿生领域定量研究动物三维几何特征的发展提供了一定的基础。     

模拟活塞缸套摩擦副的仿生非光滑表面的摩擦学研究

根据仿生学原理,利用铝合金活塞和铸铁汽缸套的材料设计了普通结构和几种仿生结构的摩擦副,并在摩擦磨损试验机上进行了对比试验。结果表明,在干摩擦时,非光滑结构与普通结构的摩擦副的摩擦性能差异不大。在沾油润滑条件下,仿生非光滑结构的摩擦副的抗黏着磨损性能明显优于普通结构。其原因是在有润滑条件时,仿生非光滑结构具有较强的贮存润滑油及形成油膜的能力。     

植物三维结构参数化建模系统的设计与实现

基于植物生长规律及其拓扑结构特点，将参数化绘图技术应用于植物三维结构仿真，以提高植物拓扑结构生成的速度．在Windows平台上，使用OpenGL图形接口，结合植物三维形态建模实际需要，采用面向对象编程技术，设计并实现了一个集植物形态模拟及可视化、场景动态渲染、植物生长动画等功能的植物三维结构可视化模拟系统．重点介绍了参数化建模原理、L系统算法的改进、各种植物构造模型的模拟、系统的模块设计及用户界面的实现，最后给出了系统应用的具体例子．     

基于对象类方法的三维树造型技术

通过分析植物结构的分形特征及其与面向对象设计方法的一致性，担子同基于对象类方法的三维树造型技术，并以一个实例讨论了该技术的设计思想及实现过程。     

基于基结构法的机翼仿生曲面网格结构设计

以某太阳能无人机机翼结构为研究对象,结合该类结构刚度分散大、超轻质、大展弦比等特点,运用基结构离散拓扑结构优化方法与仿生思想相结合的方式,设计得到了一种新的碳纤维轻质机翼结构。利用分步优化设计思想,通过GRAND法建立基结构网格关系,得到离散拓扑优化设计空间,并运用线性方法求解优化问题,获得机翼结构的拓扑关系;通过提取离散拓扑结构中杆件的节点尺寸信息,建立设计域内的材料权重分布;结合仿生设计理念,以编译结构拓扑生成方式的形式,表征参数化的模型几何特征;运用优化方法,得到最终的仿生机翼曲面网结构的最优拓扑形式。对比了该仿生结构与其他传统结构形式的结构性能,验证了所提方法对于太阳能飞机这类特殊机翼结构在超轻设计方面的可行性,在满足使用要求的前提下,实现了34.4%的结构减重。为开展此类刚度分散、碳纤维用超轻质结构研究提供了一种新的设计方法。     

一种仿骆驼足的设计与仿真分析

设计了一种基于仿生学的仿骆驼机械足,可应用于四足步行机器人。首先介绍了四足机器人的总体设计方案;然后根据骆驼足在沙地、软土地行走的功能特点,设计出仿骆驼足运动机构,并对机构进行了运动学分析;运用Solidworks对仿生机构进行建模,并通过Adams和Solidworks对建立的模型进行动力学与静力学仿真。仿真结果表明,仿生机械足可以很好地模拟骆驼足的功能并保证结构安全可靠。