复合材料设计的原理与实践

对复合材料设计的原理与实践进行简要介绍,对其研究现状与发展趋势进行评述．重点在于工程结构复合材料,特别是航空航天领域应用的先进复合材料,重点是仿生与机敏材料设计,材料设计的目的是实现材料性能优化．     

仿鸟翼厚度分布特征叶片的贯流风机气动性能研究

为提升空调器用贯流风机的气动性能,降低风机功耗,受鸟类翼型结构启发,研究了仿生翼型设计对贯流风机气动性能的影响。首先分别提取具有优良气动性能的长耳鸮和海鸥翅膀展向40%处截面翼型进行仿生逆向重构,基于鸟翼厚度分布特征进行贯流风机叶片仿生设计,考虑到叶片强度和工艺条件的影响,针对设计的仿生翼型叶片进行了改型设计并应用于贯流风机中。然后采用数值模拟研究了两种仿鸟翼叶片对贯流风机内流场结构及其气动性能的影响。最后针对贯流风机的气动性能进行实验测量,验证仿生叶片设计对提升贯流风机气动性能的有效性。研究结果表明：两种仿鸟翼叶片前缘形态均能有效抑制叶轮外缘分离涡,减少叶道进口侧阻塞;两种叶片对于内圆周进口侧附面层堆积形成的二次流均有改善作用,低转速下前缘厚度变化剧烈的长耳鸮仿生叶轮表现更明显;两种仿鸟翼叶片均能增强偏心涡强度,使叶片做功能力提升,出口流速增大,叶轮效率提升。选取性能较优的长耳鸮仿生叶轮进行实验研究,与原型机相比,不同工况下采用长耳鸮仿生叶轮的整机的加权风量提升29.6 m³·h^-1;相同风量条件下,整机功率降低了3.5%。     

仿生机器鱼巡游性能分析与实验

以鱼体运动行波方程为动力学基础,参照鱼体尾部运动函数方程设计了"BLRF--I"系列仿鲹科机器鱼.在该系列机器鱼中,采用模块化设计结构,可以方便地更改尾部驱动舵机的数量,形成仅有驱动舵机数量不同、其他机制完全相同的单关节、两关节和三关节仿生机器鱼.对"BLRF--I"系列机器鱼的巡游速度与最小转弯半径进行实验分析.结果表明,"BLRF--I"系列机器鱼尾部驱动舵机数量的增加可以有效地提高巡游速度,最小转弯半径在舵机数量为2时达到最小.进而论证了仿生机器鱼关节数目对机器鱼游动性能的影响,并提出了仿生机器鱼关节数目和巡游速度的关系方程.     

四足机器人刚柔耦合仿生脊柱研究进展

四足机器人的仿生脊柱对提高机器人非结构化环境的机动性和稳定性具有重要作用。系统分析了国内外四足机器人仿生脊柱的研究现状,将仿生脊柱分为局部柔顺脊柱和整体柔顺脊柱两类,对比分析不同四足机器人仿生脊柱的结构特点,提出未来发展趋势。四足机器人仿生脊柱从传统的整体刚性结构向刚柔耦合结构方向发展,具有类生物变刚度、可柔顺弯曲特性的新型仿生脊柱突破仿生驱动、神经元精细控制等关键技术,向高效能量转换的类生物系统方向发展。     

视觉仿生与立体视觉测量

仿生学是一门崭新的边缘尖端科学 ,立体视觉是获取空间三维场景深度信息的一个重要手段 ,基于仿生学的图像测量技术直接模拟了人类视觉处理景物的方式 ,可以在多种条件下灵活地测量景物的深度信息。文章从双眼视觉机理及模型出发 ,介绍了视觉仿生测量原理 ,综述了利用视觉测量技术进行立体测量的主要方法、手段及应用前景。     

完整步态下人工髋关节微动的非线性有限元分析

采用接触非线性有限元模型,分析在生理载荷下一个完整步态中人工髋关节的微动规律.通过CT图像重建出完整股骨三维CAD模型,按照手术要求模拟关节植入,采用面-面模型构造出人工髋关节置换术(THR)后假体与股骨接触非线性有限元模型.按照不同步态事件下髋、膝关节力作为栽荷步进行加载计算.计算结果分析表明:一个步态下人工髋关节的微动在0～25 μm,微动形式分别为沿矢状轴和冠状轴的旋转运动.造成长期效应下的人工髋关节无菌松动的主要原因是关节的微动.     

浮杯泵织构化配流副表面的承载特性仿真分析

浮杯泵作为柱塞泵的新型研究对象,配流副的摩擦磨损限制其高效发展.通过在滚筒板配流面上布置规则的仿生织构,探究其对摩擦副承载特性的影响.选取六种坑形,建立6凹坑润滑油膜模型,采用Fluent软件进行数值模拟,分析油膜的上表面压力分布、压力形成机理以及工况参数和织构参数对油膜承载力的影响.研究结果表明:油膜上表面的承载力中...     

仿生多孔UHMWPE摩擦过程的流固耦合非线性分析

利用ANSYS软件,以牛血清作润滑剂,以平板试件为对照组,设计了仿生多孔形态试件,并在相同约束,相同载荷,相同转速条件下,进行了两种试件的耐磨机制流固耦合非线性分析,分析了两者的等效应力、接触应力变化情况.     

高效节能仿生深松部件的试验

借助田鼠爪趾弯曲轮廓形状的测定结果，设计、制作了一种仿生弯曲型深松部件，通过室内大型土槽试验测定了其耕作阻力，结果表明所设计的仿生深松部件减阻效果明显。通过本文的研究为弯曲型深松部件的高效节能改进设计提供了仿生研究的基础。     

一体式膜-活性污泥工艺处理高浓度农药废水

将自制的仿生膜生物反应器用于农药废水的处理.采用纯好氧(O)与厌氧/好氧(A/O)两条不同工艺路线进行试验.结果表明一体式纯好氧仿生膜生物反应器出水水质好,出水浊度低.CODcr去除率80%以上,浊度去除率达98%,污泥耐冲击能力强.稳定膜通量为115.2 L*h-1*m-2.