蜻蜓翅膀结构刚度有限元分析

以蜻蜓翅膀为研究对象,应用CAD和有限元分析软件ANSYS建立蜻蜓翅膀的有限元模型,通过静力学分析确定:蜻蜓翅膀脉络结构中主脉为主承力结构,主脉与次脉协调作用,使整体结构更为合理。根据蜻蜓翅膀起皱结构的特点,建立四边形、交错四边形两种褶皱结构网格模型,分析不同载荷作用下的力学性能。结果表明:相同均布载荷作用下,起皱的高度越大,结构变形量越小;在相同的起皱高度下,随着载荷的增加,变形量也随之增加,但起皱高度越大,随载荷增大的变形量越小,同时四边形网格结构的刚度稍大于交错四边形网格结构;在相同载荷作用下,有膜网格结构的变形量总是小于无膜的网格结构。     

毛蚶壳形态/材料耦合仿生表面耐冲蚀性能试验

基于毛蚶壳的表面形态特征、软硬相间的硬度分布特征,设计了形态/材料二元耦合仿生模型,试验研究了影响耦合仿生表面耐冲蚀磨损性能的主次因素和最优组合。试验磨料选用80~140目的石英砂与水的混合物,磨损时间为30h,倾斜角度为30°,试样转速为1400r/min。试验结果表明,经激光合金化、激光相变硬化处理的光滑试样、单元形态仿生试样和形态/材料耦合仿生试样的耐冲蚀磨损性能与光滑试样相比均有提高,形态/材料耦合仿生试样的耐磨性最好。影响耦合仿生表面耐冲蚀磨损性能的主次因素依次为激光表面强化技术、振幅、周期和条纹方向,耦合试样经激光合金化处理、振幅为3mm、周期为10mm、条纹方向为法向时具有最优的耐冲蚀磨损性能。     

疏水性表面流动减阻特性的试验

利用飞秒激光在si表面刻蚀具有不同宽度和深度的微槽形貌,经过硅烷化处理后,通过测量接触角和流变特性试验研究其疏水性与流动减阻特性关系.试验结果表明:接触角越大即疏水性愈强.减阻效果愈显著.因此,利用激光刻蚀表面方法可以在一定程度上调控固体表面的疏水性进而控制减阻特性.     

温室结构仿生设计的可行性研究

我国是农业大国,发展设施农业具有非常重要的意义。为此,通过对我国温室发展现状的分析,明确了温室结构优化设计的重要性,同时通过仿生学在建筑中的应用研究,结合蜻蜓翅膀结构功能以及国内外研究现状,对温室结构的仿生设计进行了可行性研究。     

仿箬叶聚合物表面模板法制备与润湿性能研究

从师法自然出发,以静态接触角高达140°的箬叶下表面为仿生对象,使用2种模板法制备具有箬叶下表面微纳复合结构的聚合物仿生表面。采用扫描电镜观测聚合物仿生表面的微观形貌,借助接触角测量仪分析仿生表面的润湿性能。以箬叶下表面为模板,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)二次复形方法获得仿箬叶下表面,仅实现微乳突结构的部分复形,而大多数纳米片层结构缺失,其静态接触角与PDMS本征接触角相比只提高了7°左右。采用电铸与注射成型相结合的方法获得的仿箬叶聚丙烯(PP)表面,可基本实现微纳复合结构的复形,其静态接触角与PP本征接触角相比提高了50°以上,进一步采用低表面能的氟硅烷修饰注射成型仿箬叶PP表面,其静态接触角与PP本征接触角相比提高了70°左右,达到了133°±2°。但2种模板法成型的仿生聚合物表面均未能较好保留箬叶的动态润湿性能。实验结果表明,通过电铸-注射法构筑仿箬叶表面的微纳复合结构、在粗糙表面上修饰低表面能物质的双重途径可用于实现仿生疏水表面高效低成本的制备。     

耕作部件耦合仿生表面结构制备方法

针对农业机械耕作部件既要提高耐磨性又要保证强度的问题,提出了一种通过构建仿生表面结构和控制工艺来设计结构/材料二元耦合仿生表面结构的方法。采用球墨铸铁制备具有仿生表面结构的耕作部件使仿生表面由高硬度白口铁构成,从而兼顾部件的耐磨性和机械性能。试验结果表明,在铸造过程中,单纯通过仿生表面结构或局部设置小型冷铁的方法,部件仿生表面结构局部均未能形成白口铁组织,而上述两种方法的结合运用,可实现仿生表面结构的白口化。分析表明,仿生表面结构可限制熔体流动,设置冷铁可提高局部过冷度,两者结合可实现耦合仿生设计。显微硬度和划痕试验表明,耦合仿生表面结构具有较高的局部硬度,相比于芯部基体,其显微硬度值平均提高了35.71%,而形成相同宽度的划痕时,其所需载荷是芯部基体的1.16倍。水润湿性试验表明,耦合仿生表面结构与芯部基体水润湿性也存在一定的差异,相比于芯部基体,其接触角增大了14.91%。此方法适用于生成具有耐磨性能且高强度的耕作部件,在保证部件机械性能的同时,可提高耐磨性和降低土壤粘附。     

柴油机曲轴-机体动力耦合仿真分析

对某单缸柴油机建立了包含活塞-连杆-曲轴-机体的系统动力学仿真分析模型。同时考虑了曲轴主轴承和曲柄销轴承的流体动力润滑,通过求解雷诺方程分析系统动力学与流体动力润滑耦合作用。分别采用柔性机体和刚性机体进行动力学仿真,分析了柔性机体对主轴承载荷、曲轴轴颈中心轨迹及最小油膜厚度的影响。     

柴油机机体的热―机耦合分析

以490柴油机为研究对象,建立包括缸体、缸盖、缸套、缸垫、连接螺栓的内燃机机体装配多体接触模型,利用boost及TYCON软件,采用多场耦合方法,计算考虑螺栓预紧力、燃气压力、热负荷综合作用下的机体温度、应力与变形。通过对仿真数据的分析,表明分析数据与测试数据比较吻合,机体设计较安全。分析数据为进一步机体优化提供一定的参考依据。     

基于仿生耦合功能表面的离心水泵增效机制研究

海豚特殊的皮肤结构具有减阻功能,模仿其结构,设计了一种具有实际工程应用价值的仿生耦合功能表面,将其应用到离心式水泵的叶轮表面,进行水泵增效试验研究。研究结果表明:这种仿生耦合功能表面可提高离心式水泵效率3%及以上;仿生耦合功能表面面层材料的硬度对水泵的效率影响显著。分析认为其增效机制主要在于:表面面层材料与基底材料仿生结构的耦合变形降低了叶轮流道壁面的摩擦力及吸收流体介质对叶轮进、出口湍动能的方式实现对流体介质的控制,从而降低离心泵水力损失,实现增效。     

蛇腹鳞表面的超微结构及减阻机理

用原子力显微镜观测了竹叶青蛇、短尾蝮蛇和赤链华游蛇腹鳞表面的超微结构,分析了腹鳞表面的减阻机理。结果表明:3种蛇腹鳞表面的超微结构均为微凸体、微孔和凹坑周期排列的规律结构;蛇的栖息环境不同,超微结构的排间距、微凸体长度以及微孔的直径、数量不同。从陆栖到水栖,微凸体长度逐渐减小,微孔数量逐渐增加。微凸体减少了腹鳞和地面间的实际接触面积,从而减小了滑动时的粘着力;腹鳞表面的疏水性,减少了接触面间水的粘附力。     

基于逆向工程的黄蜻膜翅几何数据采集与处理

利用激光三维扫描系统测量了黄蜻膜翅样品的几何外形,获取了黄蜻膜翅几何表面的外形数据点群.利用逆向工程软件对黄蜻膜翅点群数据删除跳点、坏点及与研究无关的数据点并进行平滑和精简处理.根据黄蜻膜翅的外形特征,通过框选点群命令,从点群数据中提取其边界曲线,并对曲线进行调整,将调整好的边界曲线两两拼接在一起,形成黄蜻膜翅较完整的边界曲线.采用由点和曲线形成曲面中的混合点群加边界曲线的造型方法,成功进行了黄蜻膜翅外形三维几何曲面模型的重构.     

黄鼠柔性体表在体降阻行为研究

以虚拟仪器构建了数据采集处理系统 ,对典型土壤动物黄鼠的生物柔性体表进行了在体减阻行为测试研究 ,结果表明对于同一个黄鼠 ,在体试样的滑动阻力明显比离体的低 ,其减阻率为 16 %～ 2 7% ;在相同压力作用下 ,黄鼠在体试样的触土面积比离体的大 ,说明活鼠的肌肉可对外力的激励做出反应 ,能适当调节触土面积使身体受力均匀并减少阻力 ;与钢板试样的对比试验结果表明 ,黄鼠在体试样具有优良的自清洁功能。     

DRS机构在FSC尾翼上的应用

在传统的FSC赛车制作过程中,一般采用不可动的固定尾翼,这样的尾翼在比赛过程中会影响空气流动,产生一定的空气阻力,从而影响赛车的速度,因此,在传统不可动尾翼的基础上,采用DRS机构,在此基础上制作了可调式尾翼,从而减小了汽车行驶阻力,有效提高了赛车的速度.     

信鸽表面形貌的分形特性

分析了信鸽表面形貌的非光滑特性,并利用激光三维扫描控制系统获取了信鸽背部、胸部及翅膀表面的三维信息,基于分形理论对其表面进行了研究,采用计盒维数方法计算出了信鸽的背部、胸部及翅膀表面面维数和线维数,并分析了其分布。结果表明,信鸽的背部、胸部及翅膀表面均呈现分形特征,面维数范围为:2.8988～2.9788,线维数的范围为:1.0002～1.0247,信鸽表面形貌的分形特性研究为定量分析信鸽表面在空气介质中的减阻机理提供了基础信息。     

装载机工作装置机械-液压耦合系统仿真

为准确分析装载机工作过程中工作装置的运动以及零件的载荷和强度状况,采用多体动力学仿真软件MSC-ADAMS及其液压模块,建立了工作装置的机械一液压耦合仿真模型。其中机械模型为刚柔耦合模型,动臂、连杆、摇臂是可变形的柔性体零件,用有限元软件ANSYS构造,其他为不变形的刚体零件。对装载机工作装置进行一个工作循环的仿真,结果表明仿真模型全面反映了工作装置的运动状况和零件的强度状况。     

仿生式开沟机出土过程的运动学分析

仿生式开沟机出土时，运动比较复杂，为获得合理的设计参数，使开沟机具有理想的出土性能，对其进行了运动学分析，获得了开沟机工作部件——铁锨在出土过程中的速度变化数学表达式，为开沟机出土时所需的最大功率和平均功率的计算提供了依据。     

“农业机械仿生技术”课程对本科生创新思维能力的培养

“农业机械仿生技术”课程综合了农业机械学和仿生学的重要理论和核心观点,探讨如何基于仿生学方法解决农机具关键部件作业性能差、能耗高、磨损严重等核心问题,是学科交叉与融合的典型代表,也是培养学生创新思维能力的重要课程。该课程在知识传授、能力培养过程中,重视各个环节的把控,采用启发学生创新意识、强化创新思维和创新能力实战训练的方式,循序渐进地培养学生思维能力、挖掘学生内在潜力,助力破解我国农机装备目前所面临的瓶颈和困难,推动农业装备转型升级,提升农业现代化发展水平,激励学生成为新时代高素质创新型农机人才。      

种子玉米籽粒仿生脱粒机理分析

在分析玉米种子生物力学特性与鸡喙结构基础上,进行了鸡喙啄取玉米籽粒的单玉米穗试验。为使玉米籽粒低损伤脱粒,首先要在水分适宜时按照一定顺序破坏籽粒与籽粒之间的相互支撑作用。在同一含水率下玉米籽粒三面承载能力不同,腹面承载最大而顶面承载最小。在选择作用部位时,尽可能避开在籽粒顶部施加载荷。鸡喙不仅具有优良的插入籽粒间隙能力,还具有较强的啄取籽粒能力;鸡喙插入玉米穗部位是纵行与纵行之间的间隙,鸡喙插入籽粒过程是一个三角楔插入籽粒间隙作用的过程,鸡喙多次插入同一部位,会使啄取部位的籽粒低损伤脱下或松散。鸡喙啄取松散籽粒时鸡喙对籽粒产生拉力作用,当此拉力大于果柄的连接力时籽粒就被脱下。