三维打印贝壳仿生结构的力学性能

三维打印是当今最热门的快速成型方法.随着三维打印技术的发展,人们可以将灵感方便快捷地变成现实.受天然贝壳珍珠层高强度高韧性的启发,利用三维打印技术制备仿生复合材料,结合拉伸实验及有限元方法研究微结构对复合材料断裂模式和断裂韧性的影响.本文探索了利用立体光固化成型三维打印技术制备并研究仿生复合材料的科研模式,在实验室条件下实现了电脑设计到人工合成的快速衔接.     

百问百答

提起仿生学,相信大家不会陌生,我们身边就有很多仿生学的实例,比如手术室中模仿螳螂臂的手术刀,游泳池里模仿鲨鱼皮的减阻潜水衣。但是,对于仿生机器鱼,读者朋友又知道多少呢?看到活灵活现的仿生机器鱼游动起来能够达到以假乱真的效果,其中又运用了哪些仿生原理呢?2016年2月28日,"中科馆大讲堂"《知识就是力量》专场讲座邀请到了中科院自动化研究所的吴正兴老师,为我们揭示仿生机器鱼的科学奥秘。下面,让我们跟着吴老师一起探秘仿生机器鱼的诞生故事吧。     

天然纤维素物质模板制备功能纳米材料研究进展

自然生物物质特殊的天然结构赋予其人工材料所难以比拟的优异功能,是构建人造功能纳米结构材料理想的模板物质.天然纤维素物质作为一种常见的天然高分子化合物,从宏观到分子层次的独特阶层结构及其在纳米层级上的多孔网状形貌可期赋予以其为模板而制备的有关人造材料独特的性质和功能.以纳米层级的精度和客体基质(无机和有机的)精确复制自然纤维素物质,能够最大限度地把其优异性能(如多孔隙结构和高内表面积)引入到相应的人造材料中去.应用表面溶胶-凝胶方法可以在纤维素物质的纳米纤维表面以纳米级别的厚度可控沉积金属氧化物凝胶薄膜,特定功能的客体物质能够进一步地表面组装于其上;继之以合适的方法去除纤维素模板成分即得到相应的具有纤维素物质阶层状结构和形貌的人造功能材料.本文简述了以此为基础设计和构建新型纳米结构材料(如金属氧化物及其复合纳米材料、聚合物纳米材料、硅和金属纳米材料等)的研究进展.以自然纤维素物质为模板或支架开发功能材料是一条获得新型功能纳米材料的简便、低成本和对环境友好的捷径.     

超声辅助半仿生提取半枝莲总黄酮的实验研究

研究超声辅助半仿生法提取半枝莲总黄酮的实验条件,采用单因素考察超声功率、提取时间、料液质量比、提取温度和乙醇浓度等因素对总黄酮提取率的影响,得到最佳实验条件参数为:超声功率60W、提取时间30min、料液质量比1∶30、提取温度60℃、提取剂乙醇体积浓度60%.在此最佳实验条件下,总黄酮提取率为2.14%.     

内燃机仿生孔型活塞热-结构耦合特性分析

 将凹坑型结构优化变形应用于内燃机活塞-缸套摩擦副中,研究了仿生孔型活塞的热-结构耦合特性。以XL-2V 型发动机活塞为试验母体,根据标准活塞的受力分布,运用正交试验法建立了9 种仿生孔型活塞试验模型,应用传热分析第3 类边界条件和最大侧压力,对其进行了热-结构耦合有限元分析。结果表明,9 种仿生孔型活塞模型的裙部最大变形（D_max）和裙部径向变形范围（U_{x max}-U_{x min}）均小于标准活塞,其中综合性能最优的1^#仿生活塞裙部的仿生孔为凹坑型,孔径相对最小（d₁~d₄分别为1、1.5、2、2.5 mm）,且均匀分布（间距1.2°）;小孔径、均匀分布的凹坑型仿生孔使活塞表面润滑油膜更均匀,同时使裙部应力卸载,从而可以有效地减少摩擦磨损,降低机械损耗,提高刚度,延长使用寿命。     

流体力学在海洋工程中的研究进展

 海洋工程以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的, 在海岸线向海一侧进行新建、改建、扩建工程。     

行走机器人控制策略与开闭环学习控制

主从式双腿协调控制用于异构双腿行走机器人可减少规划量,控制的关键是步态轨迹跟踪.仿生膝关节使机器人步态更加仿人;但仿生腿模型复杂,跟随人工腿步态控制困难.P型开闭环迭代学习控制结合开环和闭环学习控制优点,不依赖于模型,适用于复杂机器人轨迹跟踪控制.从开闭环结合角度,证明了算法收敛性.算法在虚拟样机上的仿真表明算法有效、鲁棒性好且收敛速度优于单独开或闭环学习控制.     

基于AQWA的张力腿平台动力响应分析

为研究极端海况下张力腿平台(TLP)的动力响应性能,对一典型传统式TLP平台进行整体设计,并应用势流理论和波浪的辐射/衍射理论,结合水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,对平台在极端海况下的动力响应进行了数值模拟分析,计算在多个不同入射角波浪作用下的平台六个自由度上运动的幅值响应算子(RAOs),模拟分析在极端海况P-M波浪谱作用下平台的动力响应和张力腿的运动响应.结果表明:波浪入射角的不同对平台垂荡运动的RAOs没有明显的影响,对另外5个方向运动RAOs的幅值有明显影响;张力腿提供的附加刚度,对平台上体纵、横摇及垂荡响应作用明显,对平台纵、横荡及首摇也有一定的限制作用;平台的动力响应主要由波浪荷载引起;张力腿在平台上体带动及流荷载作用下会产生较大幅度运动.总之,在张力腿的有效约束下TLP平台可以避开能量集中的波浪频率,表现出良好的纵、横摇及垂荡性能,而张力腿的安全和性能将成为平台安全和性能的重要指标.     

仿生结构及其功能材料研究进展

种类繁多的生物界经过45亿年长期的进化其结构与功能已达到近乎完美的程度, 实现了结构与功能的统一, 局部与整体的协调和统一. 仿生设计原理为创造新型结构及功能材料提供了新的方法和途径, 向自然学习是新材料发展的重要源泉. 近年来, 仿生结构及其功能材料受到越来越多的关注, 本文结合作者课题组的相关工作, 就光子晶体材料、仿生空心结构材料、仿生离子通道、仿蜘蛛丝超韧纤维、仿生特殊浸润性表面、仿生高强超韧层状复合材料、仿生高黏附材料及其他仿生材料的研究现状进行简要的综述, 并概要展望了其发展趋势.     

轮腿式机器人倾覆稳定性分析与仿真

在复杂的三维地形中,移动机器人的抗倾覆能力非常关键.针对非结构化环境对小型移动机器人的运动要求,设计了一种具有多驱动模式的轮腿式机器人.该机器人采用对称结构,有四个独立的运动单元,能够变化多种构型.采用动态能量稳定锥方法和倾覆稳定性指数对机器人的稳定性进行综合评价.分析了机器人变形过程中的稳定性变化,以及存在路面干扰和惯性力干扰时机器人六种典型能动构形的动态倾覆稳定性.仿真试验表明,该机器人的多种能动构型有利于提高其倾覆稳定性.