基于长耳鸮翼前缘的仿生耦合翼型气动性能

基于对流体介质中典型动物长耳鸮减阻降噪耦合功能的研究,揭示了其快速无声捕食主要取决于其高升力翼羽独有的序贯排列方式;应用逆向重构技术,量化了长耳鸮翅膀翼羽前缘形态特征几何信息,并建立仿生耦合模型,其展向前缘形态可以用波长与振幅(波峰、波谷)来限定。应用基于有限体积法和压力修正的SIMPLEC算法,对仿生耦合翼型模型的气动特性进行了数值模拟。结果表明,在深度失速条件下,仿生耦合翼型结构在一定的波长和振幅范围内能够显著改善翼型的气动性能,升力增幅高达19.8%。失速攻角延迟30.3%。与波长相比,调节振幅能更好改善翼型深度失速条件下的气动性能。

仿蝗虫跳跃机器人的后腿跳跃机械结构设计

依据蝗虫身体结构及其运动特点,采用齿轮、凸轮传动,弹簧储能等机构部件,构建仿蝗虫跳跃机器人三维模型。用摆动从动件凸轮的柔性膝关节模拟半月板的能力释放,建立了以基圆半径最小作为优化目标,按压力角优化的数学模型,确定了仿蝗虫机器人后腿跳跃机构尺寸。仿真结果表明:通过MATLAB绘制凸轮的理论与实际廓线,使体积在优化后降低了22%,通过ADAMS的接触应力分析,确定了凸轮副最大承载力不应低于15KN。此设计研究确定了仿蝗虫机器人的后腿跳跃机械结构尺寸,减小蓄力凸轮体积,为其下一步系统结构优化设计奠定基础。

锚固斜孔长螺旋钻进技术研究

分析螺旋叶片的结构参数 ,为设计提供依据。根据斜孔钻进土屑运移情况 ,建立力学模型 ,确定钻进合理工艺参数。

锚固斜孔长螺旋钻进技术研究

分析螺旋叶片的结构参数可为设计提供依据。根据斜孔钻进土屑运移情况 ,建立力学模型并确定钻进合理工艺参数。

轴流风机仿生叶片降噪试验研究及机理分析

根据长耳鸮翼前缘非光滑形态降噪特性,设计了仿生前缘非光滑轴流风机叶片。试验研究表明:仿生非光滑叶片在50~2000 Hz的频段上噪声值明显小于原型风机叶片,最大降噪率为2.52%;影响仿生非光滑叶片降噪效果的主次因素为非光滑单元间距t、非光滑单元高度h和非光滑单元个数。计算机模拟分析表明,仿生前缘非光滑形态降噪机理主要为:减少翼型表面紊流附面层压力脉动并延缓翼型后部涡流分离脱落;有效减少气流流经前后翼型表面时翼型间扰流作用,起到良好的导流作用,使后翼型来流平稳,气流噪声降低。

鸮翼前缘非光滑形态消声降噪机理

长耳鸮扑翼噪声测量试验表明,其翼前缘圆弧齿状非光滑形态对其飞行降噪影响显著。应用逆向重构技术,对长耳鸮翼前缘非光滑形态特征几何信息进行量化,并建立仿生类比模型。采用计算气动声学方法,对仿生前缘非光滑模型的降噪特性进行了数值模拟,并通过分析仿生非光滑形态对模型表面流场的影响,对仿生非光滑形态气流噪声控制机理进行了研究。结果表明,仿生非光滑模型与光滑模型相比,可降低气流噪声5～10 dB,且具备一定的增升作用;仿生前缘非光滑形态具有整流及控制气流分离的特性,可减少由于翼表面气流压力脉动及涡流脱离引发的气流噪声。

长耳鸮皮肤和覆羽耦合吸声降噪特性研究

利用体视显微镜和驻波管吸声系数测试仪,对长耳鸮、雉鸡、鸽子的胸腹部皮肤和覆羽进行形态、结构观察测试及吸声降噪特征对比试验,并试验研究了长耳鸮皮肤组织试样的耦合吸声特征。结果表明,长耳鸮皮肤和覆羽具有独特的多层次形态与结构耦合特征;在测试频率范围内,三种鸟类皮肤和覆羽的吸声能力在低频段(1000Hz以下)无明显差异,在高频段(1000Hz-4000 Hz),长耳鸮皮肤和覆羽呈现一定的吸声性能,其吸声系数最大值可达0.45,而雉鸡和鸽子体表吸声性较差。根据长耳鸮体表耦合降噪特征运用微穿孔板吸声体吸声系数计算理论,建立仿生耦合吸声数值模型,分析其形态与结构耦合特征的吸声机理。

小型风力机翼羽仿生耦合桨叶结构研究

针对小型风力发电机叶片径向气流利用率低的问题,采用仿生耦合技术,对长耳鸮翼羽结构加以研究。利用3D Scanner激光扫描仪系统逆向重构了鸮的翼羽结构,建立了仿生耦合桨叶结构模型,通过对NACA 0015基准翼型和仿生翼型进行对比计算,发现仿生翼型的升力随着节距与弦长比值s/c的减小而增加,当仿生耦合翼型节距与弦长比值s/c=0.33时,失速攻角达到16°,最大升力系数约为1.26,比基准翼型高13.5%。

整体叶轮磨粒流抛光数值模拟研究

叶轮为航空发动机中的重要部件,其曲面特征会影响航空发动机的进气性,进而影响发动机的动力性。利用计算流体力学方法对磨粒流在不同磨料速度下抛光整体叶轮的加工过程进行了数值模拟,分析了静态压强、动态压强、湍动能、湍流强度和壁面剪切力对磨粒流抛光叶轮研抛作用。从数值云图可知,磨粒流研抛叶片时其顶端的抛光效果要好于其根端,且研抛速度越大,叶轮叶片的抛光效果越好,此研究成果可为利用磨粒流抛光整体叶轮提供了理论基础和技术支持。

固液两相流研抛内齿轮齿面夹具的设计和分析

磨粒流机床夹具是保证磨粒流机床加工精度的一个重要组成部分。设计了一种磨粒流加工内齿轮齿面的研抛夹具,可实现对内齿轮齿面的研抛,提出了一种解决内齿轮工件齿面的精密研抛方法,提高了表面几何稳定性,延长了内齿轮的使用寿命,节省了加工成本和研抛时间。通过对固液两相流研抛内齿轮夹具进行三维数值分析,获得夹具在磨粒流机床的整体总变形、整体应力、稳态压力、流道磨料密度、速度矢量、湍流动能、及湍流粘度云图,获得了理想的固液两相流研抛内齿轮齿面的研抛夹具。

基于仿生光电N点成像理论的大型机组轴系对中在线检测误差模型

基于仿生N点成像理论提出了大型机组对中在线检测误差模型,建立了基于迭代算法的偏微分数值方程组,确定轴瓦最佳调整量,解决了大型机组轴系对中在线检测误校准问题,通过仿真实验验证了检测误差模型的正确性。

混凝土裂缝成因及防止措施

对混凝土裂缝进行了分类,并对混凝土裂缝的成因进行了分析,根据混凝土裂缝成因,提出了对混凝土裂缝的预防措施和修补方法,以便在混凝土工程施工中应用。

粉喷桩水泥土围堰施工技术

阐述了粉喷桩水泥土搅拌桩的原理,介绍了某桥主塔墩在高水位下承台施工中采用粉喷桩水泥土围堰支护的施工技术,并对粉喷桩围堰质量检测进行了探讨,总结了粉喷桩水泥土围堰施工的优点,为类似工程提供了参考。

磨粒流抛光伺服阀阀芯喷嘴的颗粒冲蚀磨损研究

伺服阀是伺服控制系统中的一种核心伺服控制元件,阀芯喷嘴的内表面质量往往会直接影响伺服阀的使用性能。目前传统的加工工艺方法难以保证其质量及合格率,磨粒流抛光技术为改善伺服阀阀芯喷嘴的表面质量提供了有效的技术方案。以磨粒流抛光伺服阀阀芯喷嘴为研究对象,根据冲蚀磨损机理采用离散相模型对阀芯喷嘴通道内的颗粒进行数值模拟分析,研究分析了不同入口速度、颗粒粒径以及温度对颗粒冲蚀磨损性能的影响,得出颗粒的冲蚀磨损量随着入口速度、颗粒粒径以及温度的增加而增加,对阀芯喷嘴磨粒流抛光技术的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。

基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨研究

目的获得更低粗糙度的TC4钛合金零件表面。方法采用黏结法制备不同粒径的磁性磨料,依次运用粒径为150~250μm和63~106μm的磁性磨粒以及这两种粒径的混合磨料进行磁力研磨对比实验,分析基于混合粒径的TC4钛合金低粗糙度磁力研磨可行性。基于磁性颗粒动力模型,根据最小能量原理分析了混合粒径磁力链的微结构,并利用体式显微镜对单粒径和混合粒径磁力链进行对比分析。结果单粒径和混合粒径磁力研磨在12 min时钛合金工件表面粗糙度均约为0.11μm,此时单一粒径趋于平衡,而混合粒径磁力研磨的表面粗糙度继续下降,在16 min左右达到最低,为0.084μm,比单一粒径降低了20%,工件表面初始划痕和凹坑得到了更好的去除,加工后表面纹理更为致密。大粒径磁力链颗粒能量最小,约为‒3.6×10^(‒13)J,其次是混合粒径磁力链结构,颗粒能量约为‒2.1×10^(‒13)J,而小粒径磁力链结构颗粒能量约为‒0.45×10^(‒13)J,是大粒径和混合粒径磁力链的5~9倍,这说明小粒径颗粒不易形成单独磁力链。结论混合粒径磁力链中,小粒径颗粒不易形成单独磁力链,而是吸附在大粒径磁力链间隙中,提高了磁力刷的刚性和密度,不同粒径的磨粒同时参与研磨,从而在混合粒径磁力研磨TC4钛合金中能够有效的降低表面粗糙度。

仿蝗虫跳跃机器人起跳阶段刚柔耦合分析与研究

仿生机器人所展现出的特有功能与广泛应用前景,越来越成为工程界的研究热点。依据蝗虫身体结构特点,采用齿轮、凸轮传动,弹簧储能等机构部件,构建仿蝗虫跳跃机器人模型。在膝、踝关节加装扭簧变为柔性关节,运用RECURDYN软件进行多体动力学仿真,运用ANSYS对跳跃结构进行受力分析和模态分析。仿真结果分析表明:柔性关节的引入,增加结构稳定性,可提高膝关节驱动力,跳跃腾空高度达到自身尺寸的7倍左右。此外,通过模态分析,可确定胫节与跗节在低阶模态振型下的固有频率。此研究对仿蝗虫跳跃机器人机构的柔性化因素对跳跃效果的影响有理论借鉴作用,为下一步优化系统结构,提高可靠性奠定基础。

激光刻蚀法制备超疏水自清洁铝合金表面

金属表面超疏水性能的研究是当今多学科研究的热点与难点,针对金属表面超疏水以及自清洁性能的研究现状,通过激光加工方法在粗糙铝合金表面构筑一种具备超疏水自清洁特性的网格状多级结构。采用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(LSCM)以及光学接触角测量仪等表征试样表面的微观结构、三维形貌和润湿特性。结果表明:制备表面具有网格状多级结构,结构展现凹槽、坑、飞溅状或颗粒状的复杂形貌和复合尺度特征,表面具有优异的超疏水性能,接触角达到150.6°。同时自清洁性能测试发现超疏水铝合金表面展现良好的低黏附以及自清洁性能,这种复合性能对铝合金在脱附减阻等领域的应用研究提供一定的参考意义。

基于仿鸽子翼型的风力机叶片结构气动性能分析

对风力机轻风启动,有效利用风能进行研究。利用仿生耦合技术通过对鸽子翼型数据提取,建立仿生模型。基于NACA0015翼型及鸽子数据特征,将优缘凸起、后缘凸起及前后缘凸起三类翼型与NACA0015翼型进行对比,分析得到翼型上下表面压力分布、表面流场变化、剪切应力分布及增升减阻各气动系数,当失速攻角为16°、马赫数为0.073条件下,仿生翼型在提高升力方面比NACA0015提高了31.98%、降低阻力达到了10.62%,仿生翼型对表面流体起到了有效改善,改变结构的翼型对提高升力,降低阻力有了很大的提高。

基于鸮翼羽表面结构的风机叶片仿生降噪研究

基于对典型动物长耳鸮减阻降噪耦合功能的研究,揭示了其快速无声捕食主要取决于独有的翼羽序贯排列方式,将其结构重构于轴流风机叶片,设计了仿生非光滑轴流风机叶片。采用对比试验以及正交试验极差分析方法,研究该仿生结构对风机叶片气动噪声的影响。结果表明,仿生轴流风机的气动噪声值较低,最大降噪率为2.61%。最后重点阐述了仿生风机叶片的降噪机理,数值分析表明,非光滑叶片表面结构可降低翼型表面紊流附面层压力脉动强度,有效延缓翼型绕流场附面层分离及尾涡脱落;规则排列的条纹结构具有良好的导流作用,可降低气动噪声。

基于有限元分析法的摆线针轮减速器接触疲劳分析

以摆线针轮减速器为对象,提出先建立其三维数字化装配模型,再采用有限元分析(FEA)确定其齿面接触应力场,最后基于Miner线性损伤累积理论进行其接触疲劳寿命评估的方法。该方法可在物理样机制造之前,采用CAE技术进行其疲劳分析和寿命预测,缩短了设计周期,降低了耐久性试验的成本。