新型仿生蜂窝结构的设计与耐撞性能分析

受自然界毛竹微观结构的启发,在传统圆管与六边形管的基础上引入内管及双菱形肋骨,通过拓扑衍生方法设计了两种新型仿生蜂窝结构。在此基础上利用有限元软件ABAQUS对新型仿生蜂窝的耐撞性进行数值模拟,研究了蜂窝单胞构型、蜂窝壁厚、双菱形肋骨夹角对仿生蜂窝耐撞性能的影响。此外,基于超折叠单元理论,建立了仿生蜂窝结构的理论分析模型。结果表明:仿生蜂窝的面外压缩耐撞性能优于传统圆形蜂窝和传统六边形蜂窝。新型仿生六边形蜂窝的比吸能相比传统六边形蜂窝提高51.18%,压缩力效率提高53.14%。仿生蜂窝结构的平均压缩力理论预测结果与数值模拟结果吻合,两者间的误差均在10%以内。单胞构型为六边形的仿生蜂窝的耐撞性能优于圆形仿生蜂窝。适当增加仿生蜂窝壁厚或增大双菱形肋骨夹角,均有利于提高结构的耐撞性能。

基于仿生蜂窝流道的锂电池组液冷散热研究

液冷散热作为常用的散热方式广泛应用于新能源汽车中,因其良好的散热能力在电池热管理中被广泛研究。基于电动汽车锂电池生热特点,设计了一种新型仿生蜂窝流道,建立了锂电池组液冷散热模型并与并联直流道进行散热性能对比,证明了仿蜂窝流道的优越性。此外,探讨了环境温度、放电倍率、入口雷诺数三因素对锂电池组散热的影响。结果表明,冷却液在排布II下作用下,且在4C高放电倍率和40˚C高温环境下,当冷却液入口温度26˚C,临界雷诺数为80时,电池组放电结束时最高温度为40˚C,最大温差为3.19˚C,冷却液压降仅为3.34 Pa。

基于蜂窝仿生流场的质子交换膜燃料电池的性能研究及优化

为了增强质子交换膜燃料电池(PEMFCs)内部燃料分布的均匀性与水管理能力,本文研究了一种新型的基于仿生结构的蜂窝仿生流场。首先,根据蜂窝结构特征,搭建出三维多相流非等温几何模型并确立PEMFC的数学模型;其次,采用计算流体动力学Fluent软件对模型进行无关性与有效性验证,并对蜂窝仿生流场和常规平行流场的电池性能和燃料分布进行了模拟分析;最后,对比极化性能、气体流速分布、燃料与液态水组分浓度和电流密度分布,验证了蜂窝仿生流场设计的有效性。研究结果表明:采用蜂窝仿生流场的电池峰值功率密度比常规平行流场高15.6%,其内部水管理能力和燃料分布均匀性均强于平行流场;左端进气的蜂窝仿生流场比采用上端进气的蜂窝仿生流场在气体通路内具有更均匀的气体压力,可有效避免流道内产生局部涡流,其峰值功率密度可以达到0.3933 W/cm2。

王莲仿生梯度蜂窝的面外压缩行为

利用ABAQUS有限元软件对仿王莲脉络分层梯度蜂窝进行准静态与动态压缩数值模拟,分析了其准静态压缩平台应力与相对密度,以及动态压缩强度与相对密度、冲击速度之间的关系。结果表明:当冲击速度较低时(10 m/s),芯层呈现渐进压溃模式;在高速冲击下(200 m/s),芯层压溃模式与梯度分布方式密切相关,初始为渐进压溃模式,当冲击波传播至远端时,各层的压溃和密实化取决于其静态压缩强度,密实化依次出现在压缩强度较低的芯层。

轻质蜂窝形仿生材料在家具设计中的应用与发展研究

本文总结了应用于家具设计与生产的轻质蜂窝形仿生材料的种类、优势和不足、特性和应用前景,总结出目前轻质蜂窝形仿生材料应用于家具的形式共有三种:木质蜂窝板家具、蜂窝纸家具和蜂窝纸板家具,并对每种应用形式的特点和连接方式进行系统的分析。基于轻质蜂窝形仿生材料的特性,探索蜂窝纸板与蜂窝纸结合在家具设计中的应用,并展示一款设计方案,详述其设计思路,从而为蜂窝形仿生材料在家具设计中的应用和轻质家具新产品开发提供借鉴与指导。

关于蜂窝式仿生建筑节能通风和采光的研究

二十一世纪的建筑正面临着自然资源减少和环境破坏的困扰,于是美观实用,高效节能,安全经济且满足可持续发展的仿生学建筑开始占据一席之地。此项目团队设计出一种新型蜂窝式仿生节能建筑,在满足节能要求的基础上,通过风环境模拟分析和光环境模拟分析,研究该建筑在未来实际应用中的可行性。

竹材原态多方重组材料的创新与初探

竹材重组是竹材加工利用的一种形式,现行的竹材重组技术破坏了竹子本身具有的优良原态结构。竹材原态多方重组材料的创新研发,运用了仿生学原理,保持了整竹竹节中空、外密内疏,抗弯、抗剪及抗压能力强等原态特点,可制造出高强度、大跨度的建筑结构材料。笔者分析了当前竹材重组技术背景及不足,介绍了竹材原态多方重组材料概念的提出及研发,初步进行了仿生蜂窝及多边形化与竹材重组的力学分析。提出了其关键工艺技术及其研究现状,最后展望了竹材原态多方重组材料的应用前景及重要意义。