仿生鱿鱼流体形态建模与数值模拟

随着人工智能与科技手段的逐步发展与提升,鱼类形态特征的研究与鱼类游动减阻机制对于仿生机器鱼设计与复杂游动行为至关重要。本文以茎柔鱼为研究对象,通过对茎柔鱼样本进行视觉图像采集,利用计算机视觉技术提取生物样本形态特征,根据生物特征长度建立生物形态外轮廓方程与三维简化模型,采用数值模拟与四面体非结构网格的方法,计算分析仿生鱿鱼在高速游动过程中的流场特性。分析表明：基于轮廓方程的仿生鱿鱼简化模型在高速游动时具有较低的游行阻力,速度达13.89m/s且俯仰角度在±30°内,其阻力系数在0.0004~0.0011之间,揭示了生物游动时其形态在减阻机制中的重要性;鱿鱼在高速游动时该种姿态为其完成俯仰、转向等奠定了流体形态基础。因此基于生物形态的外轮廓特征与计算流体力学方法为仿生鱿鱼进一步的设计与研究提供了参考依据。     

三维微波加热腔的建模与仿真

利用多物理场建模与仿真软件COMSOL Multiphysics对不同的样品大小、样品位置和多激励对微波加热效率的影响进行了建模与仿真。仿真结果表明,样品大小和样品位置对微波吸收效率有一定的影响;多激励时被加热物体的温度均匀性得到了改善。     

穴盘苗自动移栽机械手的结构设计与仿真

通过穴盘苗钵体受力及夹持的工作原理分析,确定出机械手末端执行器结构参数。用3个汽缸分别来完成竖直方向、水平方向及手指开合的运动,通过合成运动实现了手指端插及穴盘苗钵体的动作。应用ADAMS对机械手进行了运动学仿真及合成运动的轨迹分析,确定了最优的工作速度,验证了机械手设计的合理性,完成了穴盘苗移栽机械手样机的试制。     

苹果扦插培育装置结构设计与仿真优化

针对苹果嫩枝扦插生根培育中地热线控制基质温度不均匀的问题,设计了基于水循环控温装置—恒温母盘,利用计算流体力学（CFD）对恒温母盘流场均匀性进行数值模拟,以各通道流速平均值与入口流速比值为指标,设计单因素实验,对恒温母盘进行结构优化改进,确立最优结构。结果表明,恒温母盘内部增设倾角45°的离散式T型导流板后,通道流速平均值达到0.502 m/s,与入口流速比值为1.004,流场均匀性良好;通过穴槽基质测温实验,保持恒温母盘进口流速0.5 m/s、水温20℃时,基质达到温度稳定时长需13 min,监测点基质温度稳定在19.6℃～20℃,恒温母盘结构设计达到苹果扦插培育基质控温要求。     

基于光滑粒子的流体仿真研究

为了提高流体仿真的效果,设计了一种基于光滑粒子流体动力学(SPH)理论的流体模型.该模型根据实际粒子物理特性对流体进行建模,提出了一个采用预测松弛方法的流体仿真算法,在仿真过程中直接面向实现,对粒子运动速度进行松弛预测.经仿真实验证明,该模型能够满足流体粒子的物理特性,仿真效果具有真实感和稳定性,方法易于实现,提高了仿真效率.     

柑橘采摘机器人末端执行器结构设计与仿真分析

针对目前柑橘室外采摘作业难度大、人工采摘效率低,以及对柑橘本身和柑橘果园破坏性大、破坏范围广等问题,提出了一种改进优化柑橘室外采摘末端执行器。通过对柑橘采摘末端执行器采摘机构进行设计和运动学仿真分析,以及对整体结构仿真分析和运动学仿真分析,得到了最优柑橘采摘末端执行器采摘机构部分模型,并在自然环境下对其进行了柑橘采摘试验,试验成功率高达80%,成功实现对室外柑橘自动化采摘,具有较大的应用和推广价值。     

矩形曲面网板水动力性能的数值模拟

拖网网板为网衣提供水平张力,是拖网作业系统非常重要的渔具构件之一。该文利用CFD软件FLUENT研究了展弦比对矩形曲面网板其水动力性能的影响。研究中设计了2种不同展弦比λ的网板,在流速1.54m/s,迎流冲角α=0°~50°时,建立数值水槽进行数值模拟,得到网板的阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm和升阻比K,对比不同网板的水动力性能差异。结果表明,1号网板(λ=2.0)与2号网板(λ=1.5)的最大升力系数分别为0.85(α=15°)和0.92(α=42°);最大升阻比分别为9.59和8.35,俯仰力矩系数的绝对值分别为0.013和0.001。可见,展弦比越大,临界冲角和Cl值越小,最大升阻比越高,但稳定性越差。研究结果可为拖网网板的结构优化设计提供参考。     

农用柴油发动机燃油分配泵结构设计与主要部件仿真

设计了一种农用柴油发动机的燃油分配泵,并对其工作过程进行了分析。通过对燃油分配泵的主要传动部件进行的有限元建模与仿真,得到了分配柱塞、平面凸轮、联轴器、驱动轴的应力及应变云图。仿真结果表明:分配柱塞的最大应力为47.932 MPa,最大应变为7.99×10-9 mm;平面凸轮的最大应力为179.089 MPa,最大应变为2.17×10-8 mm;联轴器的最大应力为0.8405 MPa,最大应变为3.60×10-12 mm;驱动轴的最大应力为0.0684 MPa,最大应变为6.42×10-11 mm。所设计的主要部件能够满足分配泵的工作要求。     

自走式植保车折腰转向底盘结构设计与仿真分析

为解决现有自走式植保机械难以适应复杂地形作业的问题,本研究设计了一款自走式植保车.针对不同的田间作业环境,车体结构上轮距和底盘离地间隙可调,其中轮距在1.0～1.3 m范围内可调,底盘离地间隙为0.5～1.3 m可调;通过对轮式车辆主要转向方式的对比分析,设计了中部折腰主动转向结构.为验证作业车底盘结构设计的合理性,对...     

矩形储液箱静水压模态仿真分析与材料比选

基于模态分析理论,建立了矩形储液箱箱体和梁单元模型,分别对储液箱空载和满载状态的应力强度和六阶以下振动模态进行分析。结果表明:静水压下满载的支反力为8285.4N,空载的支反力为1222.9N,整个箱体的最大应力强度出现在箱体侧板底部与底板长支撑的连接处,箱体在x、y、z方向的最大位移均小于3.5mm,可以被实际工程所接受;各阶模态频率均非整体结构的共振频率,振型、振幅均在可控和可接受的范围内,可以满足军事装备对可靠性和安全性的要求。对316L、Q235和铝3种不同材料矩形储液箱的技术参数进行对比分析,认为Q235和铝两种材料在今后军事装备的整体性能改进、轻量化和可靠性设计等方面具有不同的技术优势。     

D-型光纤传感器检测流体折射率的仿真

为了利用D-型光纤传感器来检测流体的折射率或浓度,采用固定波长的入射光,改变入射角度的方法,通过Matlab对模型进行数值模拟研究了光反射强度与纤芯、入射角、金属膜厚度、SiO2膜厚度以及被测介质折射率之间的关系。模拟结果表明,纤芯折射率变大时,共振角减小;当入射角在共振角附近时,光强反射率变化明显;金属膜厚度对光强反射率影响明显,但对共振角影响甚小;不同折射率的被测介质对应的共振角度不同。因此可通过检测不同入射角下的光强反射率,找到共振角,从而达到确定被测流体的折射率或浓度的目的。     

连续式微波干燥机腔体内流场仿真分析与验证

为提高发芽糙米在连续式微波干燥机内干燥均匀性和干燥品质,采用流体动力学软件SolidWorks Flow simulation建立微波干燥机干燥腔室流体仿真模型,研究其内部气流场分布规律,对不同结构干燥腔室内部气流分布作仿真分析。结果表明,在微波干燥机进风口加装均风网板和在出料口同端面加设出风管,可使腔体内部气流更加平稳,风速平稳区域占干燥腔室内料层区域45%,可降低进料口气体流量损失;出风管上端面距离干燥腔室顶端320 mm,尺寸为800 mm×1220 mm×200 mm;干燥腔室边角避免圆角过渡,可减少腔室内部气流涡旋,提高气流利用效果。研究结果为连续式微波干燥机结构设计和工艺优化提供理论依据。     

滴灌灌水器迷宫流道的内部流体数值模拟与流动分析

【目的】研究滴灌灌水器的结构参数对其水力性能的影响。【方法】提取齿形迷宫流道灌水器齿宽、齿底距、齿高为结构控制参数,在CAD几何建模的基础上,应用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的流体分析软件FLUENT,对灌水器迷宫流道内流体的流动进行数值模拟,得到流量压力关系以及流场可视化图,由此分析了各参数对灌水器性能的影响,以及流道内水流的速度矢量分布规律。【结果】当齿高保持恒定时,齿宽和齿底距均与流量、流态指数呈正相关关系,且齿宽对流量、流态指数的影响较齿底距更显著;而齿宽和齿底距保持不变时,齿高与流量、流态指数呈负相关关系。【结论】齿宽相对越小,灌水器消能效果与抗堵塞性能越好。因此,可以通过适当减小齿宽和齿底距、增大齿高等措施改善灌水器的水力性能。     

求解矩形浅仓主动仓壁压力分布的滑移线法

矩形浅筒仓贮料顶面坡角对仓壁压力分布有影响，应用滑移法研究了顶面坡角为０（水平）至最大（自然休止角）的不同情况下主动压力的分布情况，并与目前常用的一些计算公式如Ｊａｎｓｅｅｎ公式和Ｃｏｕｌｏｍｂ公式的计算结果进行了比较。     

TA型静态混合器的开发与研究

本文介绍了自行开发的TA型静态混合器的结构、并就压降,单位萃取级效率的能耗、萃取级效率及体积传质系数等方面同国内外其他型式的静态混合器进行了比较。实验证明TA型静态混合器的单位萃取级效率的能耗低于国内的各种静态混合器,萃取级效率及体积传质系数与国内目前最优的SV型相当。但TA型结构较SV型简单,加工方便且不易堵塞。     

果园风送喷雾机蝶型导流结构设计仿真与试验

针对传统风送喷雾机风道气流分布不均匀的问题,设计1种蝶型导流结构,对不同进风口直径、风道倾斜角度、涡轮转速等结构参数,利用Flow simulation软件对导流结构内部气流场进行模拟仿真,监测6个出风口风速,并计算其速度均值和标准差,并通过正交实验法,以均值和标准差为优化响应值,得出最优配置参数为进风口直径535 mm、风道倾斜角度90°、风机转速190 rad/s。对调整风道参数后的导流结构内部气流场模拟仿真,分析其速度云图和相对压力云图,6个出风口风速分别为20.394、22.232、25.799、20.159、22.446、23.732 m/s,风速均值为22.627 m/s,标准差为1.93,风速分布较均匀,压力分布均匀。通过试验验证,出风口风速真实值与模拟值误差不超过5%,叶面叶背雾滴沉积密度在20滴/cm²以上,变异系数不超过10%,雾滴分布均匀,蝶型导流结构设计符合要求。     

基于监测数据的粮仓温度场数值仿真

粮仓温度场控制是保证储粮安全的一个重要因素,通过数值计算进行粮仓温度场数值仿真,对于优化粮仓设计、合理进行粮仓温度控制具有重要意义。在考虑粮仓温度传递机理的基础上,建立了粮仓温度场数值计算的数学模型,基于GEOSLOPETEM／W计算软件,根据粮仓温度场监测数据得到了粮仓温度场分布,提出了粮食储藏中的温度控制措施。     

月球着陆器过渡轨道的数值仿真

针对月球背面着陆器过渡轨道的选择问题,选择南极艾德肯盆地SPA作为登陆位置,设计了月球正面远月点100km高程,背面SPA为近月点10km高程的椭圆型过渡轨道,利用动力学方法和月球高阶重力场模型GRGM660PRIM,对该轨道进行了仿真分析.结果表明,着陆器的在轨时间接近7d,其中近月点在SPA中心平坦区域的时间超过3d.较长的在轨时间有利于后续着陆决策操作的准备,说明该设计的初始轨道根数具有一定的实际意义,可为着陆器的成功登陆提供一定程度的参考.     

基于流体扰动算法的农用植保无人机避障航路规划与仿真

根据直升机机动特性,提出一种面向农业植保领域,基于流体扰动动态系统的航路规划方法。通过样例直升机参数,确定最大升限、爬升性能、前飞速度等机动特性;建立障碍物等效模型,将其量化为扰动矩阵并修正初始流场产生新航点,同时结合已确定的机动特性,针对不同的障碍物类型作出不同避障策略。仿真结果表明该方法可实时高效产生平滑可飞的航路,使无人植保直升机自主躲避农田间常见障碍物并完成植保任务。