仿生无痛注射针头研究进展

医用注射针是现代医疗诊治过程中的常用器械,但注射针头刺穿皮肤时产生的疼痛感会给患者带来严重不适,国内外学者就如何减轻注射过程对人体造成的疼痛感开展了广泛研究。蚊子、蝉、蜜蜂等昆虫的刺吸式口器因具有低阻力刺入动植物表皮的功能,已被视为仿生原型用于研制无痛注射针头。从注射针头刺穿皮肤疼痛的产生机制入手,概述了疼痛测量方法以及仿生原型刺入机理,重点分析了低阻力医用注射针头的减阻机理,介绍了微针阵列在材料选择与制备方面的研究状况,展望了低阻力医用注射针头研制的应用前景,指出未来在仿生无痛注射针的制备中,应基于高精度3D打印技术和激光微纳加工技术,获取加工精度更高的仿生无痛注射针头。     

高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究

为了研究水下无人航行器（unmanned underwater vehicle,UUV）的外形因素对阻力性能的影响,利用计算流体力学方法对不同航行器外形展开阻力预报及分析。对于水下高速UUV而言,优异的阻力性能对UUV的航速和续航能力的提升都是至关重要的。针对某高速UUV的减阻需求,首先结合SUBOFF标准模型进行了阻力特性数值预报,与试验数据对比验证了预报方法的适用性;在此基础上,模仿鲨鱼和海豚的外形特征设计了2种UUV水动力外形构型,针对2种外形构型分别预报了带有不同附体构型的阻力特性,得到了一种相比SUBOFF艇形具有明显减阻效果的UUV水动力外形。研究对低阻型高速UUV的外形设计具有一定的参考价值。     

仿生射流表面流场控制减阻数值模拟

利用SST k-ω湍流模型对仿生矩形射流表面的减阻特性进行数值模拟,解释了射流表面减小摩擦阻力的原因及对近壁区边界层的控制行为.结果表明,射流孔面积相等时,射流孔与射流表面沿展向长度的比值越大,减阻效果越好.当其它因素不变时,随着射流速度的增大减阻率逐渐增大,随着射流流量的增大减阻率逐渐增大,最大减阻率为35.97%.射流表面对边界层的控制行为表现为主流场近壁区的剪切流动遇到射流的阻抗,在射流孔的背流面形成逆流区,逆流在边界层底层产生的剪应力与主流场方向相反;同时在射流孔下游产生反向旋转涡对并在近壁面诱导出二次涡,相当于在高速流体与壁面之间产生润滑带,使边界层黏性底层厚度增大,速度梯度减小,摩擦阻力减小.     

空心弹丸流场数值模拟与阻力特性

采用隐式有限体积TVD(总变差减小)数值格式,在超声速条件下数值模拟了某空心弹丸绕流流场。系统研究了流场波系结构与空气阻力特性,证实空心弹丸阻力系数比普通弹丸小得多,同时发现发射角度对于空心弹丸的速度降影响不大。     

翼型阻力计算方法的数值模拟研究

翼型阻力是评定翼型气动特性的重要气动参数之一,翼型测压实验时主要用动量法测量阻力,也就是根据尾迹区某截面的动量损失来计算翼型阻力。本文首先用数值模拟方法获得翼型流场全部信息,然后分别用翼面压力、粘性力积分和尾迹动量损失积分两种方法获得阻力,并对它们的结果进行比较分析,以确定在使用尾迹积分法计算阻力系数时的最佳积分截面和尾迹排架的最佳安装位置。     

仿生非光滑花纹沟对轮胎抗滑水性能的影响

以205/55R16乘用车轮胎为研究对象,采用计算流体动力学建立了考虑胎面花纹变形的轮胎滑水分析模型;以气-液二相流数值模型分析了轮胎的滑水性能,并将临界滑水速度仿真值与NASA滑水速度预测值及轮胎发生滑水时力平衡下的速度进行对比.在此基础上,引入仿生减阻理念,研究了夹角为60°、高度为0.6mm的仿生对称V形结构对花纹沟排水量和水流阻力的影响,并将其结构特征信息等效移植到接地区轮胎花纹沟底,进行了仿生花纹轮胎的滑水性能分析.结果表明:所建滑水分析模型可用来分析轮胎滑水时的流体运动特性;相对原花纹轮胎,仿生非光滑花纹沟轮胎通过提高接地区花纹沟内水流速度,降低了胎面动水压力,提高了临界滑水速度.     

基于数值模拟的超声速进气道附加阻力计算方法研究

基于CFD数值模拟,提出了一种超声速进气道附加阻力的快速计算方法。以某三波系二元超声速进气道为对象,开展了实例分析。计算结果表明,本文提出的附加阻力计算方法简单易行,便于推广应用于真实三维进气道设计中,可综合评估进气道捕获来流的气动特性,包括攻角特性和导弹前弹体的干扰特性等,具有明显的实用性和应用前景。     

U形管内流动阻力损失与传热的数值模拟

通过引入分布阻力和粗糙度的概念,对FLOTRAN单元FLUID141设定实常数,对U形管内流体的模型进行简化.利用ANSYS参数化设计编程语言（APDL）编写命令流,从而实现对U形管内流体的阻力压降和传热特性的数值模拟与计算,并将模拟结果与传统理论设计的计算结果进行了对比分析.这种自动实现建模、加载及有限元分析的方法对于工程中设备、零部件的设计优化与改进具有实际意义.     

单桩桩侧摩阻力变化规律的三维数值模拟

桩土间的相互作用是桩侧产生摩阻力的本质原因,本文基于MADIS/GTS软件通过设置不同接触单元、变化接触单元中剪切刚度模量、法向刚度模量对承受竖向力的桩侧摩阻力、轴力及应力等进行了分析。结果表明:在不同土层中设置相应的接触单元时,摩阻力在土层分界面处会出现明显拐点,对桩顶位移也有一定影响;随着模量值的增大桩侧摩阻力值也随之增大。     

仿生机器鱼自主游动的数值计算方法与机理

基于计算流体力学(CFD)方法建立了鱼体-流体耦合的三自由度(3-DoF)自主游动计算模型,对仿生金枪鱼模型从静止开始到稳定巡游的过程进行了模拟.计算结果表明:在巡游阶段前进速度的周期平均值非零,而侧向速度和艏摇角速度的周期平均值为零.鱼体前部始终产生阻力,鱼体后部在巡游阶段能够产生少量的推力,而尾鳍始终产生较大的推力.鱼体表面压力分布表明在尾鳍前缘的左右两侧,周期性地交替出现高压和低压区是尾鳍产生较大推力的原因.在加速阶段尾鳍的脱落涡强度大,一个周期脱落的两个涡相互挤压在一起;在巡游阶段鱼体产生的涡和尾鳍产生的涡融合在一起脱落到尾流中,形成反卡门涡街,使得尾鳍有效地吸收鱼体产生的涡中的能量,减少功率消耗.     

板料成形数值模拟的过程研究

讨论了板料成形数值模拟方法的一般步骤及零件工作参数的确定方法.应用DYNAFORM软件分析了底壳件的成形过程,预测了零件可能产生起皱和破裂的部位,提出了消除和减少起皱及破裂的工艺改进措施.     

摘要建立了激光打孔过程的固／液／气三相三维数值计算模型，采用水平集（1evel[．set）方法处理能量输入边界并追踪气液（L／V）界面发展，从而对激光打孔过程中的孔壁变化进行描述．模型综合考虑了材料气化、熔融液体溅射两种效应，涉及熔化潜热、气化潜热吸收及辐射散热损失等因素．基于有限体积法，编制计算程序，对激光打孔过程中的温度场、孔型演化过程进行了数值模拟，探讨了不同激光参数对打孔过程的影响．该模型对认识和研究激光打孔行为具有参考价值，也可以扩展至其他高能束流在材料表面的打孔描述．

建立了激光打孔过程的固／液／气三相三维数值计算模型,采用水平集（1evel-set）方法处理能量输入边界并追踪气液（LIV）界面发展,从而对激光打孔过程中的孔壁变化进行描述．模型综合考虑了材料气化、熔融液体溅射两种效应,涉及熔化潜热、气化潜热吸收及辐射散热损失等因素．基于有限体积法,编制计算程序,对激光打孔过程中的温度场、孔型演化过程进行了数值模拟,探讨了不同激光参数对打孔过程的影响．该模型对认识和研究激光打孔行为具有参考价值,也可以扩展至其他高能束流在材料表面的打孔描述．     

崩落矿岩散体流动过程数值模拟研究

用Visual Basic程序语言,根据随机放矿介质理论,利用David Jolly模型进行了崩落矿岩散体流动过程的数值模拟分析。一定程度上为以后崩落矿岩参数设置提供了参考依据。     

甲醇发动机缸内燃烧过程的多维数值模拟

针对甲醇作为发动机燃料的优缺点,通过CFD程序KIVE-3V对仿真甲醇发动机的缸内燃烧过程进行了多维数值模拟.通过模拟,得到了缸内压力、温度等大量实时数据信息,为甲醇发动机的研究提供依据.计算表明,甲醇发动机与汽油机相比,最高燃烧压力和压力升高率均有所提高,但升压分布均匀,整体处于汽油机水平,不会影响发动机正常运转;由于甲醇较快的燃烧速率,较短的燃烧期,致使最高燃烧温度低于汽油机,从而更有利于NO生成量的降低;同时CO的生成量也低于汽油机.     

PHOENICS在焊接数值模拟中的应用

数值模拟是目前研究焊接行为最为有效的工具之一.结合焊接热过程的特点,介绍了大型通用商业软件PHOENICS在焊接热过程中的使用情况.PHOENICS包括三个模块化结构前处理、求解和后处理,可分别运行.以Gaussian热源的加载为例,介绍了其核心技术PHOENICS处理边界条件和源项的方法,为PHOENICS的进一步使用奠定了基础.     

汽车尾灯支架成形的工艺设计与模拟分析

文章利用对称性,采用左右合模工艺,提高材料利用率。通过数值模拟技术对成形过程进行仿真;对成形缺陷及板料变形程度进行了预测;并对毛坯进行了优化,得到了良好的成形质量,最后通过实验对模拟结果进行了验证。该研究提供了毛坯优化方法,并为同类件工艺设计提供借鉴。     

腿型跳跃机器人跳跃过程运动学及仿真分析

根据跳跃生物的生理结构及运动特性,设计了腿型跳跃机器人,并建立了简化的机构模型.分析了机器人跳跃过程冗余自由度,建立了机器人的质心运动方程;依据关节空间与质心空间速度的变换关系,对机器人进行运动学分析,并用MATLABR2009b进行数值仿真,得到了机器人关节角度随时间的变化规律,为腿型跳跃机器人控制系统的研究提供了控制参数依据.     

石灰土换填路堤的离心模型试验与数值模拟

中国汽车试车场的建设目前还没有现成的标准和规范,其施工难度大,施工工艺复杂,对路堤沉降的标准比高速公路的要求高,通过对长安综合试车场（垫江）高填方路堤试验路段的4个典型断面进行离心模型试验和数值模拟分析,研究高填方路堤的沉降变形规律,并分析了粘土路基经过石灰土换填后典型断面路堤的沉降变形情况。研究结果表明：高填方路堤用石灰土换填后,路堤的沉降变形明显减小,稳定性和强度得到有效提高;离心模型试验进一步验证了数值模拟的结果,二者具有良好的一致性;离心模型试验和数值模拟相结合的分析方法能够较全面地反映原型的沉降变形规律和稳定性变化。     

湍流的压缩性效应及其数值模拟

综述了可压缩流体中湍流流动的研究现状,重点针对快速大变形情况下湍流的特性进行论述。讨论了可压缩湍流扰动的三种模态和能量的转换与平衡关系,对快速畸变理论和可压缩湍流的数值模拟方法作了简要介绍。