仿生虎鲸负载特性数值模拟及可靠性灵敏度分析

仿生虎鲸作为仿生机器鱼的一种,在海洋开发和科学考察研究中具有重要的作用.基于扑翼运动原理,对仿生虎鲸的运动机理进行分析,利用Matlab对其瞬时负载进行了数值模拟.基于应力-强度干涉理论,建立了仿生虎鲸直行和转弯运动负载可靠性分析的状态函数,计算得到了仿生虎鲸直行和转弯运动负载的可靠性指标和可靠度,结合可靠性灵敏度分析...     

基于改进量子进化算法的仿生机器鱼渐变可靠性优化设计

为提高仿生机器鱼的工作可靠性,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法。以仿生虎鲸为研究对象,基于扑翼运动理论,利用Matlab得到了仿生虎鲸的动态载荷。基于可靠性灵敏度设计理论和稳健设计理论,构建了优化设计状态函数,得到了仿生虎鲸尾鳍推进系统对其渐变可靠性灵敏度的影响。利用改进量子进化算法进行优化设计,得到了尾鳍推进机构的最优解,结果表明,设计变量的灵敏度的绝对值均有降低,可靠度得到提高,结构更加稳健。将扑翼运动理论、可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进量子进化算法相结合,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法,为仿生机器鱼的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑。     

不同转速下仿生叶轮的动态性能分析及结构优化设计

为突破传统排水型两栖车辆"阻力墙"现象,基于蛇怪蜥蜴踏水仿生学原理设计了一种轮-叶复合式仿生推进装置。为进一步研究仿生叶轮自由运动状态下力学性能和运动规律,构建了基于恒转速的仿生叶轮流体动力学模型,附加仿生叶轮自身重力作用,采用基于欧拉网格的有限体积法离散流体力学偏微分方程,应用UDF自编译实现仿生叶轮重力作用下的二自由度恒转速运动,依靠求解离散化偏微分方程获得该力学模型的最终解析。数值分析揭示了仿生叶轮在不同转速工况下的托举力、推进力、速度和位移等物理量的变化规律,模拟了仿生叶轮的真实自由运动过程,并开展了以性能分析为中心的仿生叶轮结构优化设计,为优化仿生叶轮性能提供了设计思路。     

机器人仿生膝关节的计算力矩加比例微分反馈控制

磁流变阻尼器控制的四连杆关节瞬时转动中心是变化的,仿生特性好,但机构模型复杂,模拟人腿关节运动时变轨迹跟踪较为困难.基于此,提出行走机器人四连杆仿生膝关节机构,建立虚拟样机、机构动力学简化模型和磁流变阻尼器Bingham模型.基于瞬时转动中心和简化的关节几何中心,引入大小腿长度变化以减少模型误差.设计计算力矩加比例微分反馈控制算法来控制关节摆动.采用Lyapunov方法,分析在模型存在误差情况下,控制算法的收敛性和跟踪误差大小.在虚拟样机上对阻尼力和关节摆动运动进行仿真,在样机上对控制算法进行验证.试验结果表明,引入瞬时中心和几何中心,可降低模型误差,控制算法轨迹跟踪精度能满足行走机器人行走要求.     

一种仿生微扑翼机构的动力学分析和模拟

通过尺度律分析初步确定仿生翼的基本参数.运用计算流体动力学(CFD)方法,对仿生翼进行数值模拟,计算出气动力特性和使飞行器能够在空中悬停的拍打频率.基于Pro/E的微扑翼机构系统动力学分析,研究了运动副的约束反力,为选择和设计轴承,以及计算零件的强度等提供了依据.     

形状记忆合金丝驱动仿生波动鳍推进器设计与实验研究

研究了一种形状记忆合金（SMA）丝驱动的仿生波动鳍推进器。在分析墨鱼鳍肌肉结构和运动机制的基础上,建立了鳍波动运动学模型,研制了基于SMA丝驱动柔性鳍单元的仿生波动鳍推进器,并进行了试验研究。结果表明,仿生推进器能实现与墨鱼鳍相似的柔性运动,波幅和推进力随SMA丝的驱动脉冲宽度的增加而增大,鳍波动推进力呈周期性变化,瞬时推力在驱动脉冲宽度80 ms时达到最大值180mN。     

基于动网格的球阀流场数值模拟与分析

为研究球阀内部流场开闭过程的瞬时流动情况,基于FLUENT软件提供的计算方法和物理模型,通过Gambit前处理,利用FLUENT动网格技术,采用动态层和局部重划方法结合Profile运动边界驱动机制实现网格区域运动,对球阀进行了动态数值模拟,并分析了其内部流场中的压力、流速及阀芯受力的瞬时变化规律,为阀门结构设计和性能优化提供依据。     

基于动网格技术的理想液压缸运动数值计算

液压缸是驱动高速大功率直线运动负载的首选元件,针对该负载的高精度可预知运动控制这一问题.为了了解液压缸在高速运行速度下的运动特性和动力学特性,以理想化的液压缸为对象,利用Fluent软件及动网格技术,对液压缸缸内流动流场和活塞运动过程进行了数值仿真,探讨了压差、供油口大小和工作行程等参数对活塞动态特性的影响.研究结果表明,液压缸活塞运动速度在启动瞬时和终止瞬时均出现了大幅度的波动,在其余运动过程中,运动速度表现为某一均值和规则性高频脉动值相叠加的形态;压差越高,脉动频率越高且脉动幅值越大;油口直径增大,速度脉动频率增高,脉动幅值相应减小;活塞上合力在启动瞬时和终止瞬时出现波动,在稳态运动过程中,合力表现出与速度类似的形态.该研究同时还给出了活塞速度与工作行程大小的关系.     

半转叶轮仿生推进器及制动力与力矩的计算

半转叶轮仿生推进器是基于半转机构实现韦斯-福(Weis-Fogh)效应的仿生原理构建的新型船舶推进器.文中介绍了推进器的构成及其不同于螺旋桨推进器的推力原理,通过对其叶片进行速度和负载分析,求出在制动这一特殊工况下的制动力、力矩及系统运动方程.     

不同水下仿生推进器性能影响的比较

各种模拟鱼类游动的水下仿生推进器,较传统的螺旋桨推进器有着低噪音、低扰动、高效率等突出优点。决定仿生推进器各个性能的重要因素之一,就是仿生推进器内部运动和动力的传动方式。比较分析了采用功能材料驱动、摆动舵机直接驱动、旋转伺服电机加运动变换机构驱动、液压传动等不同传动方式下仿生推进器的结构特点、运动自由度、推进性能,以及适应负载变化的特性,最后指出液压传动是一种综合性能较好的传动方式。液压传动的仿生推进器初步试验表明,该传动方式的结构简单紧凑、驱动能力强、可移植性好、具有优良的动力特性,有着广阔的应用前景和研究价值。