凹槽形仿生针头减阻试验及机理分析

从仿生学角度出发,依据蚊子口器的形态结构,设计了凹槽形仿生结构针头。采用激光表面毛化处理机加工出凹槽形仿生针头,对仿生针头的穿刺阻力进行了测定,并对其刺入机理进行了分析。试验表明:凹槽形仿生针头较光滑针头具有减阻效果,且减阻效果随凹槽数量的增加而增大,凹槽宽度对针头的减阻效果呈先增后减的趋势;针头与刺入介质接触面积越小,针头减阻效果越好;凹槽结构在刺入过程中产生涡流效应,使滑动摩擦变为滚动摩擦,减小了摩擦阻力。     

提升轮胎抗滑水性能的仿生方法

提高花纹沟排水能力是提升轮胎抗滑水性能的主要途径之一,借鉴仿生学理念,将凹坑形仿生非光滑结构引入花纹沟,探索研究通过降低花纹沟流体阻力提高花纹沟排水能力的仿生方法。以轮胎接地区单个花纹沟作为研究对象,在沟底布置凹坑形仿生非光滑结构,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)和正交试验设计相结合的方法,研究凹坑形仿生非光滑结构对壁面减阻率的影响规律,确定最优参数组合;为进一步提升凹坑形仿生非光滑结构的减阻率,提出一种水滴形凹坑仿生结构,并对其减阻特性进行分析,得出其减阻效果优于圆形凹坑结构;将最优的水滴形凹坑仿生结构布置于花纹沟底部,分析其抗滑水性能。结果表明,水滴形凹坑仿生结构能够减小水流阻力,提高轮胎花纹沟排水量,降低轮胎在水膜上行驶时所受到的胎面动水压力,提升轮胎的抗滑水性能。     

仿生学原理在机械设计中的应用

本文主要分析了仿生学原理,分别从外形仿生、结构仿生和功能仿生三个方面进行分析。并就仿生学原理在机械设计中的实际应用进行了探讨。     

基于仿生学的汽车车身结构研究

仿生学作为一门传统学科,其理念已广泛应用于汽车及航空外形结构设计,在整车设计中,仿生结构的运用通常是为了减少风阻,降低汽车油耗以达到节约成本的作用。通过在传统汽车尾部添加具有仿生结构的扰流板和非光滑棱纹并对其进行CFD仿真实验,分别从空气流量分配、最大压力变化和汽车升/阻系数三方面验证了具有仿生结构的汽车与传统汽车相比具有良好的减阻增稳效果。     

基于贝壳表面结构疏浚铰刀刀齿的仿生设计

疏浚铰刀在水下作业时,泥沙对疏浚铰刀的黏附降低了其工作效率。从仿生学的角度出发,研究具有减黏减阻作用的疏浚铰刀其原理是可行的。利用逆向工程技术,建立了仿河蚌壳外表面结构的数学模型,并依据此数学模型,用三维设计软件SolidWorks设计了3种不同分布间距的棱纹形仿生疏浚铰刀刀齿。     

仿生耐磨设计的研究现状及展望

介绍了提高仿生耐磨的润滑、表面几何形态、材质和结构等几种主要因素,从功能方面介绍了仿生金属材料、仿生陶瓷材料和仿生复合材料,阐述了仿生耐磨技术的概念以及目前国内外仿生耐磨技术的研究进展.此外,介绍了仿生耐磨技术在工农业方面的一些应用,指出了当前仿生耐磨的一些关键科学问题,并对今后的研究进行了展望.     

仿生非光滑表面技术在机械工程中的应用

仿生技术是将各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,实现新的技术设计并制造出性能优越的新型仪器、机械等。仿生学研究发现,许多生物体表所具有的某种特定非光滑形态有着较好的耐磨特性。目前,对生物非光滑技术的研究,主要集中在非光滑表面的耐磨、降噪和抗疲劳等方面。本文总结了仿生非光滑表面技术在制备缸套、齿轮、轧辊、模具等方面的应用研究及进展情况。随着仿生非光滑表面技术在机械工程中的广泛应用,提出了仿生非光滑表面技术的发展方向和应用前景。     

小型水下巡航机器人表面减阻仿生设计

为提高小型水下巡航机器人作业过程中的行进效率，基于仿生设计方法进行表面减阻设计。利用边缘提取算法和GetData软件对灰鲭鲨鱼鳞片形态与结构进行特征分析和数据提取；运用Shapr 3D和Rhino软件构建了鳞片三维模型和仿生非光滑结构表面，通过Fluent软件进行流体仿真分析，对比不同流速下的剪切应力。结果表明：当来流速度大于6 m/s时，非光滑表面剪切应力小于光滑表面剪切应力，流速为8 m/s时减阻率最高可达2.9%。仿生灰鲭鲨鱼鳞片非光滑表面模型在一定范围的来流速度下具有较好的减阻效果，但减阻率会随来流速度的增加先增后减，在特定流速下，减阻效果最佳。     

一种消减仿生毛虫附着点侧滑力的方法

基于仿生学研究成果和仿生毛虫的体节结构特点,使用柔性结构——天然橡胶杆,取代原来的刚性杆,获得了一种柔性结构仿生毛虫构型。首先讨论了柔性结构的力学特性,然后建立了可控关节补偿角与侧滑力的力学模型,最后通过实验验证了利用柔性结构和关节补偿角消减侧滑力的效果。     

仿生非光滑表面管道的设计及有限元分析

仿生非光滑表面的减阻作用由于其在工程中的应用价值而被广泛关注。为了减小油气管道运输摩擦阻力损失，将蚯蚓体表的生物学特征引入管道中，设计了凸包型、凹包型2种非光滑壁面管道。结合理论分析、仿真模拟两种手段研究了仿生管道的高性能机理。通过对比仿生管道与普通管道内流体的流动特性，得到了性能最高的非光滑结构：凸包非光滑内壁管道。该管道相对于普通光滑管道，具有更高的减阻率，运输能量更强，流速更高，可为运输管道仿生减阻的深入分析提供参考。     

仿蜣螂虫凹坑形镐形截齿的设计与研究

采煤机截齿齿体的耐磨性能直接影响截齿的使用寿命。在分析对比了现有的截齿齿体耐磨技术的基础上,通过对仿生学中凹坑形非光滑表面的耐磨机理分析研究,设计出了一种齿体带有凹坑形非光滑表面的截齿齿体结构,并进行了模拟的摩擦磨损试验。通过对16种不同参数凹坑结构的摩擦磨损试验结果研究表明,凹坑形非光滑表面结构的耐磨性相对于光滑表面有显著的提升,并通过正交试验分析了凹坑形仿生非光滑结构各参数对耐磨性的影响。     

基于PRO/E仿生绞刀三维设计

为了降低疏浚机具的粘附和摩擦,提高其效率,从仿生学角度、应用相似原理设计出具有凹坑形结构单元的疏浚机具铰刀刀齿的表面结构,使得刀具与土壤的接触面积减少,且破坏了接触水膜的连续性。利用三维设计软件PRO/E,建立仿生铰刀模型,为以后仿生铰刀的研发设计提供参考。     

仿生润滑技术研究及其应用探讨

介绍了仿生润滑技术在仿生减阻、人工关节润滑、生物医用润滑剂方面的基础研究工作与部分应用成果，讨论了仿生润滑技术未来的应用发展方向。     

仿生表面织构参数对血管支架内血流动力学特性影响的仿真分析

为优化支架植入后血管内血流动力学参数分布,改善支架内近壁区的血流特性,降低支架内再狭窄发生率,依据仿生学原理,将血管支架内表面的仿生减阻形貌抽象为三角形和矩形,采用ICEM CFD软件和FLUENT软件建模并仿真分析,在入口血流速度一定时,表面织构参数对血流速度、压强和壁面剪切应力等血流动力学特性的影响。结果表明支架内表面织构化后,血管内的血流特性有了很大改善,不同的织构结构及其尺寸对血流动力学参数分布的影响不同,当尺寸处于(0.025～0.06)mm范围内时,三角形沟槽结构的综合特性优于矩形沟槽结构。该结果对优化血管支架内表面的仿生沟槽结构及其参数具有一定的指导意义。     

仿鱼鳞的减阻表面设计

基于对鱼鳞减阻原理的分析,讨论了不同鱼类表面的牺牲性粘液减阻、表面切向流减阻两种原理;提出了针对不同粘度介质中的运动物体,应采用相应的减阻表面设计;分析了鱼鳞的结构布置与几何曲线,提出了模仿鱼鳞原理与结构进行减阻表面仿生设计的方法,这对在水和其它流体中运动的机械表面减阻设计具有指导意义。     

仿生织构对抽油泵柱塞表面摩擦性能影响

目前石油机采仍以抽油泵为主要装置,而柱塞表面磨损是影响抽油泵工效及寿命的关键因素.现有技术存在成本高、效果不佳等问题,鉴于此,凭借仿生方法学低耗高效优势,基于生物体表非光滑耐磨减阻特性,设计并加工仿生织构柱塞试样,探究多工况往复式润滑摩擦性能.试验结果表明,仿生织构可降低约40％的摩擦阻力,提高了耐磨性能.随后,测定实...     

仿生非光滑油缸密封圈的减阻特性研究

针对油缸密封圈密封性能和摩擦阻力相互制约的问题,提出了仿生非光滑表面减阻技术的方法。以油缸密封圈为研究对象,研究不同活塞速度和仿生凹坑直径与减阻特性的相互关系。仿真结果表明:当压缩率为20%时,仿生非光滑密封圈产生的有效压应力满足了油缸密封圈密封性能;在活塞速度一定且凹坑直径为1.5 mm时减阻率达到最大;在凹坑直径一定时减阻率随着初始速度的增大而不断变大,速度为0.6 m/s时具有较好的减阻效果。     

基于虚拟样机技术的六足仿生机器人设计与仿真

运用仿生学原理,在六足昆虫三角步态行走模式的基础上提出一种新的行走模式——四角步态模式,利用虚拟样机技术,构建出六足仿生机器人虚拟样机,并实现了六足仿生机器人的运动仿真。     

仿生机器人研究现状与发展趋势

仿生机器人是指依据仿生学原理,模仿生物结构、运动特性等设计的性能优越的机电系统,已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。按照工作环境可将仿生机器人分为陆面仿生机器人、空中仿生机器人以及水下仿生机器人三类。指出仿生机器人经历了原始探索、宏观仿形与运动仿生、机电系统与生物性能部分融合三个阶段,并概述三类仿生机器人国内外研究现状。分析发现当前研究还存在着生物运动机理研究不深,结构设计、材料应用、驱动及控制方式大多较为传统、能量利用率低等问题,导致了仿生机器人从宏观到微观与生物都存在较大差异,"形似而神不似",远未达到实际应用程度。指出仿生机器人正向着刚柔混合结构,仿生结构、材料、驱动一体化,神经元精细控制,高效的能量转换的类生命系统方向发展。     

水下捕捞机器人耐压舱仿生造型设计

为降低捕捞作业的运行成本,对水下捕捞机器人的耐压舱进行仿生减阻设计。以粒突箱鲀为仿生对象,基于灰度转换和边缘检测技术提取其外形特征廓线,以捕捞机器人特征高度为设计变量建立仿生耐压舱三维模型,并将回转体耐压舱模型作为对比对象,通过Fluent软件对两种耐压舱进行流体仿真分析,分别比较其阻力系数、阻力和升力系数。结果表明：与传统回转体耐压舱相比,仿生耐压舱具有更小的阻力系数,可有效减小其在水中行进的阻力;仿生耐压舱的流线型结构有效降低了流场扰动,提高了捕捞机器人在水下运行时的平稳性。研究结果可为水下捕捞机器人耐压舱的造型仿生及减阻设计提供理论依据。