结构化水凝胶的仿生润滑研究进展

关节系统优异的摩擦学性能源于软骨表面瓶刷状生物大分子的水化、软骨本身的层状/梯度化结构以及特殊的应力耗散机制,三者协同作用促成了低摩擦、高承载及长寿命的关节软骨体系.受天然关节软骨系统生物润滑机制的启发,科学家们开发了一系列摩擦学性能优异的结构化水凝胶材料.本文综述了结构化水凝胶的仿生润滑研究进展,剖析了其作为关节软骨替代材料的潜在应用价值.最后讨论了结构化水凝胶目前存在的问题以及未来的发展方向.     

气体钻井地层出水仿生处理技术研究

针对气体钻井钻遇地层出水以后泥页岩自吸水导致黏土水化引发的井壁失稳问题,提出了气体钻井泥页岩表面仿生处理工艺技术,研制了一种仿生泡沫处理液。室内综合性能评价表明,该仿生泡沫处理液具有良好的泡沫性能,其抗盐、抗油、抗温、抗岩屑污染能力强,同时展现出强效、持久的泥页岩抑制能力。采用该仿生泡沫处理液处理后的泥页岩岩样,可将泥页岩表面的润湿性能由亲水性向疏水性转变,从而起到阻止地层水液相侵入泥页岩地层内部的目的,大幅度提高泥页岩在清水中的强度,达到维持泥页岩地层井壁稳定的目的。     

仿生翼几何特征与气动性能的关系初探

为了揭示鸟类翅膀特征结构与其气动性能的关系,从而为高效低噪仿生翼型的设计和开发提供有益的基础信息和仿生学理论支撑,使用三维激光扫描仪对4种常见鸟类(红嘴相思鸟、黑尾蜡嘴雀、八哥、家鸽)进行实体扫描,将真实鸟翼进行数字化建模,构建了4种三维仿生翼模型,并截取得到沿翼展方向不同截面位置处的仿生翼型。运用数值模拟方法对仿生翼的气动性能和噪声特性进行研究,并比较了不同攻角和不同雷诺数下4种仿生翼的气动性能。研究发现:4种仿生翼的气动性能曲线变化趋势一致,雷诺数对于4种仿生翼的影响效果也是相似的;当雷诺数大于100 000时,仿生翼气动性能的雷诺数效应并不明显;八哥仿生翼的气动性能良好,但适用的攻角范围较小;红嘴相思鸟仿生翼的升阻比相对较低,但对攻角的变化不敏感;擅长飞行的鸟类翅膀更明显地分化成两个部分,靠近翅根的部分整体弯曲,翼型不对称,靠近翅尖的部分基本平直,为对称翼型。噪声模拟结果还揭示了特定飞行状态下仿生鸟翼的气动噪声特性,可以推测,仿生翼的尾迹特征和飞行速度是影响其噪声分布情况的关键因素。     

张力腿式浮动风力机极限载荷分析

针对所提出的新型多立柱张力腿式浮动风力机在正常工作工况下的运行,进行了时域耦合动力响应仿真分析和极限载荷预报.选取了在此工况下可能出现极值的叶片根部弯矩(面内弯矩和面外弯矩)作为研究对象,依据IEC61400-1和IEC61400-3标准要求,运用极限载荷统计外推法得到了不同重现期内的极限载荷.采用将分块最大值法和过阈最大值法相结合的方法来提取局部最大载荷.选用三参数威布尔分布作为局部最大载荷概率分布函数,并使用最小二乘法对其进行参数估计,验证了在不同风速下所拟合的极限载荷短期分布的收敛性.     

一种仿生鱼体自主游动的水动力学特性分析

针对金枪鱼结构和自主游动现象建立了仿生鱼体几何模型及鱼体摆动计算模型,采用计算流体动力学Fluent软件结合动网格技术,编写了控制鱼体摆动的UDF程序,对仿生鱼慢速自主巡游状态和C形快速起动状态进行了数值模拟,研究了鱼体摆动频率和摆动方式对仿生鱼周围压力、速度、涡量分布以及鱼体受力状态的影响,揭示了仿生鱼自主游动过程的水动力学特性。研究结果表明:在自主巡游阶段,仿生鱼通过摆动鱼体,在鱼体两侧流场产生高压和低压区,依靠流体的正压梯度获得前进的推动力;在C形快速起动阶段,仿生鱼通过快速大幅度的回摆获得加速度,从而实现快速起动。鱼体自主游动水动力学特性的研究将为仿生水下推进器的概念设计和性能优化提供重要的参考。     

渤中34-1N钻井帽在锦州9-3油田井口平台上的应用

渤中34-1N钻井帽始建于2009年,计划在渤中34-1N油田利用其与非悬臂式钻井船(渤海5号)在导管架上方进行钻完井作业。但在钻井帽建造后期,悬臂式钻井船的紧张局面得到缓解,钻井帽被放置于建造场地4年。鉴于锦州9-3油田综合调整项目新建1座四腿井口平台,初步考虑利用钻井帽在锦州9-3油田井口平台的导管架上进行钻完井作业。因此,需要对钻井帽进行适应性改造。     

仿生跳跃机器人弹跳结构设计

以蚂蚱弹跳为依据，设计了一种仿蚂蚱跳跃功能结构，利用Solidworks以及ADAMS完成结构动态仿真，并按照仿真结构进行零部件的装配及模型跳跃实验。实验证明，弹跳高度可以达到预期要求。     

一种关节型手指的运动分析姿态模拟与机构的优化设计

针对工业机器人中无关节抓取机构不便握取光滑曲面物体等问题,本文仿生了手指的握拳姿态设计出一种优化机构,相对预期目标具有较高的逼真效果。