仿生支架力学性能测试与分析

仿生支架可以采用CAD建模方法设计内部结构,并采用快速成形加工制备仿生支架实体。仿生支架必须保证其结构形状和力学性能,其中力学性能与内部单元的排列方式和尺寸有关,通常采用的排列方式包括0/90°排列方式、0/60°/120°排列方式及两两相交排列。通过力学试验证明:增大内部单元尺寸可以提高力学性能;在不同的排列方式中,0/90°排列方式的仿生支架具有较高的抗压性能,同时,承受压力的方向同样影响仿生支架的力学性能,在X方向和Y方向,仿生支架具有较高的压力承受能力;在支架受到外界压力作用时,支架的应力一应变不是均匀变化的,而是由4个不同的阶段构成。     

仿生支架微孔结构CAD设计方法

采用CAD软件设计是一种简单易行的获得具有内部微孔结构的仿生支架模型的方法,该方法通过CAD软件设计单元模型,然后将单元结构在空间排列构造作为负型的内部微孔结构,最后将负型结构与仿生支架外部模型进行布尔减运算,得到既保证外部轮廓特征同时包含内部微孔的仿生支架CAD模型。球形和正十二面体结构是两种常用单元形式,通过调整单元参数可以控制仿生支架内部微孔大小、形状及空间排列方式,最终实现提高仿生支架的孔隙率和内部微孔的导通性的目的。     

贝壳仿生陶瓷刀具材料制备与力学性能研究

以Al₂O₃-(W,Ti)C为基体层,Al₂O₃-TiC为夹层,采用热压烧结工艺制备了力学性能较好的贝壳仿生陶瓷刀具材料,对材料的层数、层厚比和界面形状等叠层结构参数进行优化,测试材料的力学性能,并对其微观组织进行分析。分析结果表明,当层数为3、层厚比为3时,材料有较好的综合力学性能。在层间引入不同的界面形状,刀具材料的力学性能相较于无界面形状的刀具材料得到了提高,在所制备的试样中,最佳的断裂韧性、维氏硬度和抗弯强度分别为7.16MPa·m^1/2±0.04MPa·m^1/2,20.40GPa±0.07GPa和981.72MPa±10.86MPa。     

基于结构仿生的飞行器支架轻量化设计

基于结构仿生的原理,在分析典型分支结构的构型特点的基础上,设计了仿生型支架结构.有限元分析的结果表明,与原型结构相比,仿生型结构的质量减轻7.35％,最大应力和最大变形都明显减小.     

仿生多层级柔性轻质结构的设计、制备及力学性能分析

以中华鲟背部骨鳞和鲟鱼皮结构为生物模板,通过结构仿生原理设计出一种新型仿生多层级柔性防护轻质结构。采用尼龙、液态硅橡胶和凯夫拉纤维,通过高温固化成形技术进行制备,有效解决了以往仿生鳞片与基底层连接不牢的问题。利用冲击力学试验对仿生复合结构进行了防护性能分析,并研究了仿生骨鳞结构的夹角γ、嵌入角度θ以及结构之间重叠率Kd的变化对仿生复合结构吸能特性的影响。测试结果表明,具有覆瓦状形态特征的仿生骨鳞结构以及具有纤维铺层的柔性基底结构可显著提高仿生复合结构的抗冲击力学特性。     

仿生骨支架微观孔结构的构建与评价

在分析人体骨微观孔结构和影响支架性能因素的基础上,提出仿生骨支架微观孔结构的构建与评价方法。基于多约束背包问题模型的结构,以椭球体作为构建微观孔结构负模型的单元体,利用混合遗传算法求解微观孔结构的负模型;并将孔隙率和连通性作为约束条件,以保证仿生骨支架具有生物活性。通过不含微观孔的支架模型与负模型之间的布尔运算,构建含有微观孔结构的仿生骨支架模型。以支架的孔隙率、孔间的连通性、孔分布的均匀性、孔道的扭曲度和支架的比表面积作为评价指标,建立仿生骨支架微观孔结构的评价体系。基于支架微观孔结构的负模型,提出支架的孔隙率、连通性、均匀性、扭曲度和比表面积的计算方法,以实现对仿生骨支架微观孔结构的评价与优化。通过上述方法构建的仿生骨支架具有良好的生物活性、较好的力学性能以及均衡的降解速度。     

快速成形技术在仿生支架制造中的应用

快速成形方法有很多种,包括立体光刻法/微立体光刻技术、分层实体法、选择性激光烧结法、熔融沉积法和三维打印法,不同的快速成形方法具有不同的特点,在加工仿生支架过程中,它们采用不同的成形材料、成形工艺以及后处理。文中介绍了不同快速成形方法制作仿生支架的工艺过程,并比较了它们的优点和缺点。     

径向梯度多孔支架设计与力学性能分析

提出一种基于Gyroid曲面的径向梯度多孔支架的设计方法.通过调节中心孔隙率Pin,边缘孔隙率Pout,和梯度变化率n设计具有相同平均孔隙率,不同孔隙变化率的径向梯度多孔支架.采用有限元法(Finite element method,FEM)分析和力学试验方法分别对径向梯度多孔支架和均质多孔支架的力学性能进行研究,并对...     

仿生测试理论与食品工程

提出了一个面向２１世纪的测试理论与仪器创新研究的新领域－－仿生测试理论与工程。从２１世纪测试理论与仪器的特征和需求出发,论述仿生测试理论与仪器研究的科学依据、发展历史和科学问题,指出结构和运动仿生、功能仿生、智能仿生,特别是生命过程和智能行为模拟（仿生）,对未来测试理论与仪器科学的发展将产生巨大影响。     

基于有限元的液压支架核心结构的力学性能分析

基于有限元法,利用UG三维建模软件建立四柱式支撑掩护支架的三维结构模型来分析液压支架的受力和变形,通过分析和模拟试验,得出整个支架的应力和变形分布以及重要结构件的应力分布和模态状况,并利用图形的方式直观地表现出所有应力分布情况,为后续液压支架的结构优化和设计提供了理论基础。     

轮胎力学特性试验台的运动学分析

对国内外采用较多的A字架轮胎试验台进行运动学分析,发现该试验台在复合姿态角下,侧偏角、侧倾角、轮胎印迹中心存在偏移的现象,依据ISO轮胎坐标系的定义,采用空间解析几何方法推导出偏移量计算公式,计算结果表明：在大的复合姿态角下,各偏移量不可忽略。为有效解决该问题,提出一种新型结构6自由度轮胎试验台：采用多体动力学欧拉角旋转的方法,对新型轮胎试验台在不同姿态下的6个电缸长度进行仿真;分析6个电缸姿态角下的控制精度,并对6自由度平台的电缸进行空间上重新布置。结果表明：新型结构6自由度轮胎试验台在复合姿态角下各物理量无偏移,能任意控制轮胎的姿态,同时该新型结构中6个电缸布置的新方案提高轮胎姿态角的控制精度。     

金属O形环力学性能仿真分析与试验验证

金属O形环的力学性能对于密封系统的强度设计、密封性、可靠性等有着直接影响。为研究金属O形环的力学性能,以核反应堆压力容器用金属O形环为研究对象,考虑密封环的复合结构、材料弹塑性特征和工况条件,采用有限元方法建立O形环力学性能仿真模型,分析密封环的压缩回弹特性、应力应变特征、接触特性以及银层的作用,并进行相关试验验证。结果表明:该有限元模型计算结果与试验结果具有良好的一致性;压缩率过大或过小都将导致其密封性能下降;整个压缩回弹过程可分为弹性变形、塑性变形、法兰接触及回弹4个阶段,O形环的回弹补偿性能由其压缩率决定;镀银层对于O形环接触压力分布起到了均化作用,而对总体的压缩回弹特性影响不大。     

动态力学热分析法测定合成薄膜的力学性能

讨论了动态力学热分析测试方法，并利用强迫非共振拉仲模式测定了厚度为37μm的聚酰亚胺／二氧化硅合成薄膜的力学性能。文章给出了测得的动态杨氏模量随温度的变化曲线，得到了较为满意的结果。     

仿生机械结构设计

针对机械结构的仿生设计，对目前机械结构设计中的仿生设计原理与方法进行了综述，分析了仿马腿的抗振结构，仿肠与蚕丝的分级纤维结构，并提出对目前钢缆结构的改进设计；此外还讨论了仿柏拉图体与开普勒－波因索特体的复合材料涂层结构设计。     

基于变胞机构的仿生爬管机器人结构设计与力学分析

现有的爬管机器人在设计时常侧重于适应性、越障能力和负载能力的某一方面,无法同时满足实际作业中对各方面性能的综合需求.为此,基于仿生学原理和变胞理论设计了一种新型爬管机器人,兼具适应性、越障能力和负载能力三方面的性能.建立了变胞手爪和机器人整体的静力学模型,分析了机器人在3种状态下所需的手爪夹紧力和足部摩擦力;设计了爬管机器人在竖直攀爬和翻转运动时的步态,并基于Adams对爬管机器人进行了运动学和动力学仿真,得到爬管过程中夹紧力以及摩擦力的变化规律;实现了机器人在管道上的稳定运动,验证了机器人结构设计及力学模型的正确性.     

一种仿牛机械足的设计与分析

基于仿生学,设计了一种仿牛机械足,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.然后根据牛足在泥地、软土地行走的功能特点,设计出仿牛机械足,运用Solidworks对仿牛机械足进行建模,分析仿牛足的功能,并通过Solidworks静力学仿真模块对关键零件进行仿真分析.仿真结果表明仿生机械足可以很好地模拟牛足的功能并保证结构安全可靠.