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陶瓷强韧化新纪元——仿生结构设计 被引量:19
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作者 黄勇 李翠伟 +2 位作者 汪长安 昝青峰 李淑琴 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第8期8-11,共4页
综合介绍了仿生结构设计的基本原理、仿生结构设计与制备高性能陶瓷材料的强韧化机制及研究进展。详细评述了仿木、竹、骨及贝壳珍珠层结构特征来设计与制备高性能陶瓷材料的研究现状和进展。研究结果证明模仿自然界生物材料结构特征来... 综合介绍了仿生结构设计的基本原理、仿生结构设计与制备高性能陶瓷材料的强韧化机制及研究进展。详细评述了仿木、竹、骨及贝壳珍珠层结构特征来设计与制备高性能陶瓷材料的研究现状和进展。研究结果证明模仿自然界生物材料结构特征来设计与制备高韧性陶瓷材料的仿生结构设计是一种简单、方便的有效方法,仿生结构设计思想将开创陶瓷材料强韧化理论与制备技术的新纪元。 展开更多
关键词 仿生结构设计 强韧化 层状复合材料 陶瓷材料
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关节电机驱动六足机器人仿生结构设计与柔顺运动控制 被引量:10
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作者 丁杨 张明路 +1 位作者 焦鑫 李满宏 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期154-163,共10页
现有六足机器人在单足结构设计、机体布置形式及柔顺运动控制等方面存在不足,导致其地形适应能力不强,运动柔顺性能不高。为此,开展了典型六足生物——蚂蚁的观测实验,基于蚂蚁生理结构特征和驱动方式分析,提出了适用于六足机器人结构... 现有六足机器人在单足结构设计、机体布置形式及柔顺运动控制等方面存在不足,导致其地形适应能力不强,运动柔顺性能不高。为此,开展了典型六足生物——蚂蚁的观测实验,基于蚂蚁生理结构特征和驱动方式分析,提出了适用于六足机器人结构设计的基本原则;基于低惯量单足结构设计,通过优化机器人机体布局,提出了关节电机驱动六足机器人整体仿生结构;基于六足机器人直行和转向运动步态,规划了三角函数曲线与直线相结合的足端轨迹,提出了基于分级控制的六足机器人柔顺运动控制方法。样机实验结果表明,六足机器人结构设计合理,能够实现相对柔顺的直行和转向运动。研究结果可以为机器人仿生结构设计及柔顺运动控制提供重要参考。 展开更多
关键词 六足机器人 仿生结构设计 柔顺运动控制 生物观测实验 关节电机驱动
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基于DEM-MBD耦合算法的茶园仿生掘耕机优化与试验
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作者 贾治军 姜嘉胤 +10 位作者 徐家俊 李杨 董春旺 宋文韬 李凯 韦持章 姚雨晨 姚立健 杨自栋 刘皓央 马蓉 《茶叶科学》 北大核心 2025年第2期284-302,共19页
针对茶园耕作过程中因土壤板结粘滞特性导致的机具耕作阻力大、作业质量差等问题,基于鼹鼠爪趾生物力学特征创新设计了一款复合仿生耕作铲,通过四杆机构集成设计研制了新型茶园掘耕机。研究过程中,首先基于离散元法(Discrete element me... 针对茶园耕作过程中因土壤板结粘滞特性导致的机具耕作阻力大、作业质量差等问题,基于鼹鼠爪趾生物力学特征创新设计了一款复合仿生耕作铲,通过四杆机构集成设计研制了新型茶园掘耕机。研究过程中,首先基于离散元法(Discrete element method,DEM)与多体动力学(Multi-body dynamics,MBD)耦合算法对仿生掘耕机的耕作过程进行动态模拟分析。同时借助Design-Expert 13试验设计软件,采用三因素三水平正交试验法(耕作铲入土角度、驱动臂转速、机具前进速度)开展整机工作参数优化研究,确定在耕作深度100 mm时,安装复合仿生耕作铲的茶园仿生掘耕机最佳工作参数组合为入土角度33.506°、驱动臂转速289.923 r·min^(-1)、机具行进速度0.2 m·s^(-1)。基于此优化参数,通过土壤颗粒运动速度分布特征进行耕作扰动对比仿真分析。最后开展田间验证试验,结果表明:相较于传统原型铲,装配复合仿生耕作铲的掘耕机减阻率为5.70%,碎土率提升至91.05%,其他作业评价指标均有所提升,工作性能能够满足茶园耕作的要求,验证了其仿生结构设计的有效性与工程实用性。 展开更多
关键词 茶园耕作机械 离散元法 多体动力学 耦合算法 仿生结构设计
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增材制造镍钛仿生结构缓冲吸能及自恢复特性研究 被引量:4
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作者 于征磊 信仁龙 +6 位作者 陈立新 郭雪 朱奕凝 张志辉 徐泽洲 梁平 赵杰亮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第21期279-285,共7页
蜂窝结构由于具有优异的可设计性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能等特性,在车辆碰撞、卫星着陆、军事装备等吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力。以普通内凹蜂窝结构为基础,运用结构仿生学原理进行了仿生优化设计,建立... 蜂窝结构由于具有优异的可设计性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能等特性,在车辆碰撞、卫星着陆、军事装备等吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力。以普通内凹蜂窝结构为基础,运用结构仿生学原理进行了仿生优化设计,建立了内凹蜂窝结构和仿花生壳结构的三维负泊松比承载结构,并利用有限元分析软件LS-DYNA进行数值仿真分析。同时以NiTi形状记忆合金这种有独特的形状恢复行为、低刚度、高强度、超弹性的材料为基材,运用选区激光融化技术制备了两种仿生结构样件,并对样件进行了准静态压缩试验。通过对比试验测试结果与数值仿真结果得出,两种结构在吸能减震方面均有着较好的应用前景。其中,3D仿花生壳承载结构有着更好的吸能承载特性。两种结构在5次13%的循环压缩试验后,经过水浴加热后均可达到99%以上的形状恢复效率,为未来具有自恢复功能的缓冲结构的设计提供了参考。 展开更多
关键词 工程仿生 仿生结构设计 增材制造 负泊松比 准静态压缩 数值模拟
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Scorpion back inspiring sand-resistant surfaces 被引量:1
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作者 张俊秋 韩志武 +3 位作者 马荣峰 尹维 吕尤 任露泉 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第4期877-888,共12页
A new approach which adopted the idea of coupling bionics to improve erosion resistance was presented, by taking the desert scorpion as the research object. The anti-erosion characteristic rules and mechanism of deser... A new approach which adopted the idea of coupling bionics to improve erosion resistance was presented, by taking the desert scorpion as the research object. The anti-erosion characteristic rules and mechanism of desert scorpion's surface under the dynamics effect of gas/solid mixed media were researched, especially the comprehensive influence mechanism of surface morphology, microstructure, creature flexibility and many other factors was studied. Simulation by CFD software was applied to predict the relative erosion severity. Samples with the coupled bionic configurations and flexibility were produced. Experiment optimum design theory was employed to design experiment scheme. Silica sand of particle size of 105-830 ~tm was used as the erodent. The erosion tests were carried out to validate the simulation results obtained. It is shown that the predicted results are in agreement with those obtained from the experiment. And contrast tests were carried out at the best and worst test points of erosion resistance for four samples. Contrast tests show that the erosion resistance trend occurs in such order with the best erosion resistance as coupling sample, groove, smooth and flexibility, and smooth, and the increasing rate of erosion resistances in sequence of 12.08%, 8.87%, 6.03% in the best test point. But in the poorest point, the increasing rate of erosion resistance is in sequence of 15.64%, 9.53%, 6.59%. The morphologies of eroded surface were examined by the scanning electron microscope, and the possible wear mechanism was discussed. 展开更多
关键词 desert scorpion erosion resistance coupling bionics FLUENT experiment optimum design
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Numerical simulation of effect of bionic V-riblet non-smooth surface on tire anti-hydroplaning 被引量:4
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作者 周海超 王国林 +1 位作者 杨建 薛开鑫 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第10期3900-3908,共9页
Inspired by the idea that bionic non-smooth surfaces(BNSS) can reduce fluid adhesion and resistance, and the effect of bionic V-riblet non-smooth structure arranged in tire tread pattern grooves surface on anti-hydrop... Inspired by the idea that bionic non-smooth surfaces(BNSS) can reduce fluid adhesion and resistance, and the effect of bionic V-riblet non-smooth structure arranged in tire tread pattern grooves surface on anti-hydroplaning performance was investigated by using computational fluid dynamics(CFD). The physical model of the object(model of V-riblet surface distribution, hydroplaning model) and SST k-ω turbulence model were established for numerical analysis of tire hydroplaning. With the help of a orthogonal table L16(45), the parameters of V-riblet structure design compared to the smooth structure were analyzed, and obtained the priority level of the experimental factors as well as the best combination within the scope of the experiment. The simulation results show that V-riblet structure can reduce water flow resistance by disturbing the eddy movement in boundary layers. Then, the preferred type of V-riblet non-smooth structure was arranged on the bottom of tire grooves for hydroplaning performance analysis. The results show that bionic V-riblet non-smooth structure can effectively increase hydroplaning velocity and improve tire anti-hydroplaning performance. Bionic design of tire tread pattern grooves is a good way to promote anti-hydroplaning performance without increasing additional groove space, so that tire grip performance and roll noise are avoided due to grooves space enlargement. 展开更多
关键词 TIRE anti-hydroplaning bionic non-smooth surfaces(BNSS) numerical simulation
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