基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感，在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上，设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样，并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明：由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少，限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高，但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍；当仿生结构复合材料试样受到冲击力时，其内部六边形结构的连接角度会发生变化，从而极大消耗冲击能量，同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展，因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍；仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能，且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造，可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。     

后置翼墙加固框架柱抗震变形能力研究

为考察后置翼墙加固混凝土框架柱的抗震性能,结合已有研究中试验轴压比为0.31、0.36、0.40,原柱纵筋配筋率为0.82%~1.23%的18个后置翼墙加固试件的低周反复荷载试验,采用ABAQUS软件进行了675个后置翼墙加固试件在水平反复荷载下的有限元模拟。试验和有限元分析结果表明：由于后置翼墙作为原柱的耗能及加固部件有效保护了原柱,后置翼墙加固试件中原柱损伤相对较轻;后置翼墙一字形加固柱的损伤主要发生在两片后置翼墙端部区域,T形及L形加固柱原柱损伤主要发生在未后置翼墙一侧,且损伤区域较小;建立了翼墙加固柱极限层间位移角关于原柱轴压比、剪跨比、翼墙钢筋配筋率等关键参数的计算式。     

高频焊翅片管散热器外罩传热性能的研究

通过对高频焊翅片管散热器外罩传热性能的实验研究，指出外罩高度、通气率对高频焊翅片管散热器传热性能的影响，为设计、选用与加工制造提供实验数据．     

仿生扑翼机构设计及仿真分析

提出一种新型仿生扑翼机构,用于模仿鹰翅翼的运动。通过UG实体建模和运动学仿真验证了该机构的可行性。通过ADAMS建立扑翼机构的虚拟样机,并进行了动力学仿真分析和优化设计,得到满足设计目标的最佳扑翼机构,分析结果为扑翼机构的实物快速制作及扑翼飞行器的研制提供参考。     

基于FLUENT的仿生扑翼机翅翼气动力分析

在仿生扑翼机的设计当中,仿生翅翼的气动力具有十分重要的意义。但由于与微型仿生扑翼飞行相关的低雷诺数空气动力学研究还处于初级阶段,对仿生翅翼气动力研究还没有成熟的理论和可借鉴的经验,因此,应用计算流体动力学软件Fluent求解N-S方程,分析扑动规律和周围气流环境对仿生扑翼机气动性能的影响。研究结果表明在对称扑翼机构驱动下仿生翅翼可以产生较大升力,升力和阻力随扑动频率和来流速度的增加而增加,但阻力增加幅度相对较小,这为仿生扑翼机的研制提供理论依据。     

翼墙-框架结构振动台试验研究及有限元分析

为研究翼墙-框架结构在地震作用下的抗震性能和加固效果,进行了一个缩尺比为1∶4的翼墙-框架结构模型振动台试验,得到了结构在烈度为7度的多遇、设防和罕遇地震以及8度、9度地震动作用下的动力特性、动力反应和宏观破坏模式。研究表明:翼墙根部首先受到往复拉压破坏,框架柱得到有效保护,实现了多道抗震防线的目的;梁端出现大量裂缝,基本实现了"强柱弱梁"屈服机制,而纯框架数值模型则呈现典型的柱铰破坏机制;纯框架模型的底层层间位移角显著大于上部各楼层,翼墙-框架模型各楼层的层间位移角大小基本一致,层屈服机制得到有效避免。     

A new twist on gyroscopic sensing: body rotations lead to torsion in flapping,flexing insect wings

Insects perform fast rotational manoeuvres during flight. While two insect orders use flapping halteres (specialized organs evolved from wings) to detect body dynamics, it is unknown how other insects detect rotational motions. Like halteres, insect wings experience gyroscopic forces when they are flapped and rotated and recent evidence suggests that wings might indeed mediate reflexes to body rotations. But, can gyroscopic forces be detected using only changes in the structural dynamics of a flapping, flexing insect wing? We built computational and robotic models to rotate a flapping wing about an axis orthogonal to flapping. We recorded high-speed video of the model wing, which had a flexural stiffness similar to the wing of the Manduca sexta hawkmoth, while flapping it at the wingbeat frequency of Manduca (25 Hz). We compared the three-dimensional structural dynamics of the wing with and without a 3 Hz, 10° rotation about the yaw axis. Our computational model revealed that body rotation induces a new dynamic mode: torsion. We verified our result by measuring wing tip displacement, shear strain and normal strain of the robotic wing. The strains we observed could stimulate an insect''s mechanoreceptors and trigger reflexive responses to body rotations.     

A wrinkle in flight: the role of elastin fibres in the mechanical behaviour of bat wing membranes

Bats fly using a thin wing membrane composed of compliant, anisotropic skin. Wing membrane skin deforms dramatically as bats fly, and its three-dimensional configurations depend, in large part, on the mechanical behaviour of the tissue. Large, macroscopic elastin fibres are an unusual mechanical element found in the skin of bat wings. We characterize the fibre orientation and demonstrate that elastin fibres are responsible for the distinctive wrinkles in the surrounding membrane matrix. Uniaxial mechanical testing of the wing membrane, both parallel and perpendicular to elastin fibres, is used to distinguish the contribution of elastin and the surrounding matrix to the overall membrane mechanical behaviour. We find that the matrix is isotropic within the plane of the membrane and responsible for bearing load at high stress; elastin fibres are responsible for membrane anisotropy and only contribute substantially to load bearing at very low stress. The architecture of elastin fibres provides the extreme extensibility and self-folding/self-packing of the wing membrane skin. We relate these findings to flight with membrane wings and discuss the aeromechanical significance of elastin fibre pre-stress, membrane excess length, and how these parameters may aid bats in resisting gusts and preventing membrane flutter.     

高超声速飞行器复合材料翼面结构1100℃高温环境下的热模态试验

为了在热模态试验中获得难于测量的超过1 000℃的高温环境下复合材料翼面结构的振动特性参数,将高温瞬态热试验系统与振动试验系统相结合,建立了可对高超声速飞行器耐高温复合材料翼面结构进行1 100℃高温环境下热模态研究的热/振联合试验系统。通过自行研制的耐高温陶瓷导杆引伸装置将复合材料翼面结构上的振动信号传递至非高温区域,使用常温加速度传感器对高温环境下高超声速飞行器翼面结构上的振动信号进行数据识别;并运用时-频联合分析技术对试验数据进行分析处理,实现了在1 100℃热/振复合环境下对复合材料翼面结构的模态频率、模态振型等关键振动特性参数的试验测试。研究结果为高超声速飞行器复合材料翼面结构在高温环境下的动特性分析及安全可靠性设计提供了重要依据。     

典型损伤对复合材料机翼振动特性的影响

利用大型商用软件MSC.Patran建立了某型无人机复合材料机翼的有限元模型。在机翼中分别模拟了蒙皮分层、蒙皮与翼梁翼肋脱粘以及翼梁裂纹这3种典型损伤,通过与无损伤复合材料机翼固有振动频率进行比较,分析了损伤位置和大小对机翼振动特性的影响。结果表明:3种典型损伤一般不会引起机翼各阶振动模态的改变,但会使各阶振动频率发生变化;对各阶振动频率的影响既与损伤位置有关,也与主承力结构的损伤程度有关;蒙皮分层和翼梁裂纹出现在机翼根部时对机翼振动频率的影响最明显。