基于虾螯结构的仿生夹层板设计及数值模拟

探索了基于虾螯轮廓外形设计的仿生夹层板（BSP）的耐撞性。按照拉伸试验获得的材料本构参数设置了Hyperworks有限元模型,制造了BSP样件,并试验验证了有限元模型有效性。比较了BSP-L0、BSP-L180、BSP-T0、BSP-T180四种配置方案的耐撞性指标,选择BSP-T0方案进一步研究。分析了圆弧高度比γ和梯形晶元窄底宽度B对BSP-T0耐撞性的影响规律,得到γ比B对BSP-T0耐撞性的影响更大。利用遗传学算法进行参数优化,Pareto前沿的一个最优解为比吸能SEA=3.080 kJ/kg、峰值载荷PF=30.700 kN、平均压溃效率CFE=86.884%,相应参数γ=0.355,B=4.23 mm,预测与仿真结果误差均在2%以内,预测效果理想,本文研究成果可为夹层结构设计提供新思路。     

自动驾驶车辆道路跟驰与状态一致性控制

针对含有未知输入和外部干扰的非线性自动驾驶车辆时变跟驰队列系统,研究系统部分状态可测情况下的车辆道路跟驰和状态一致性控制问题.基于车辆跟驰和二自由度动力学模型,得到含有外部干扰和未知输入的离散化状态方程,利用前导跟驰特性,得到自动驾驶车辆跟驰队列系统;利用比例积分状态观测器解决系统部分状态不可测问题,提出一种基于观测器实现含有未知输入和外部干扰的自动驾驶车辆状态一致性控制协议;将观测器估计效果和一致性控制问题转化为误差系统的稳定性问题,由此构造Lyapunov-Krasovkii函数,利用离散系统稳定性理论推导出一个充分条件;通过求解线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)得到跟驰系统的增益矩阵和参数矩阵,利用H_∞性能指标分析系统鲁棒性.仿真结果表明:所设计观测器能够估计未知输入、外部干扰和系统状态,并且基于观测器设计能够使自动驾驶车辆道路跟驰和状态达到一致.     

生物轻质高强结构及其在吸能结构中的仿生应用

在长期进化过程中，自然界中的多种动物、植物形成了独特的轻质、高强结构，以此来抵抗外界的复杂冲击载荷，保护自身完整，满足生存需要。生物轻质高强结构的优越性，启发了科研和工程人员采用结构仿生学的方法来对管状和板状两大类吸能结构进行设计优化和改进。对竹子、茎秆/树干、羽轴、骨骼四类管状生物结构和甲虫鞘翅、贝壳、柚子皮、龟壳四类板状生物结构进行综述，阐述了分层、多孔、螺旋、中空等多种结构与轻质高强特性之间的关系。在此基础上，对比和分析了相应的结构元素在单胞管、多胞管、嵌套管、波纹管等管状吸能结构和蜂窝夹芯板、复合材料板、混合结构板等板状吸能机构中起到的作用。进一步对当前仿生吸能领域存在的结构复杂、质量大、缺乏普适性的机理和过渡“桥梁”等问题做出了分析；最后对仿生吸能技术的形式简单化、结构轻量化、理论通用化、“形神兼备”化发展趋势做出展望。