基于进化理论的变自由度机构设计与原型系统研究

针对现有变自由度机构设计中存在以拓扑综合为主、系统研究机构设计过程不充分、创新程度不高等问题,引入进化理论完成变自由度机构的设计。首先,根据设计要求建立"源"树图模型;然后,利用进化计算扩展机构的形式得到欠驱机构的树图模型;最后,将树图模型转换为机构运动简图,通过筛选评价得到满足要求的变自由度机构。在此基础上,构建了一种变自由度机构设计原型系统,该系统包含需求分析、进化计算、评价筛选、设计知识库4个模块,实现了一定程度上的人机混合智能设计。以采摘机传动机构设计为例,验证了该原型系统的有效性及合理性。     

扑翼型仿生泵水装置设计与实验

针对平原河网地区细小枝杈河道存在的水动力不足问题,设计了一种扑翼型仿生泵水装置,以满足极低扬程工况下,大流量、高效率的输水需求。以金枪鱼尾鳍和矩形平板为基础建立了扑翼模型,利用有限体积法(FVM)和重叠网格技术对不同特征弦长和轮廓的扑翼开展三维数值模拟,并对比进行了尾鳍与矩形扑翼的泵水实验,结果表明：随着扑翼特征弦长的增大,周期内平均推力系数有所提升,但其泵水效率略微下降;而在相同面积约束下,具有尾鳍特征轮廓的扑翼相对于矩形扑翼提升了装置的泵水流量与效率,实验扑动频率为0.7 Hz时,尾鳍扑翼流场稳定平均流速为28.44 cm/s,较矩形扑翼的25.13 cm/s提升13.6%。     

小河道扑动水翼装置推水流动特性研究

在扬程几乎为零的平原小河道中,传统水泵存在运行效率低、稳定性差、架设成本高等问题。为提升平原小河道的水动力条件,提出了利用扑动水翼推动小河道水体流动的方法。并由此建立了扑动水翼的计算模型,针对不同扑动频率以及不同来流速度对扑动水翼推水性能的影响进行了数值模拟研究。设计了扑动水翼推水性能试验平台,在循环流道内进行了试验验证。结果表明：扑动水翼装置的流量与其扑动频率成正比,扬程与扑动频率的平方成正比。在固定频率下,扑动水翼的尾涡随着流速的增加从混沌状态逐渐形成双列反卡门涡街,装置泵水效率逐渐增加,直至最佳效率点;流速继续增加,反卡门涡街转变为单列,效率迅速下降。此外,扑动水翼装置具有扬程低、流量大等优点,在平原河流推水上具有优势。