融合外形仿生与可拓创新方法的产品创新设计

为辅助设计人员创新,激发发散性思维,提出了融合外形仿生与可拓创新方法的产品创新设计方法。建立仿生样本库,通过意象相似度和功能相似度确定仿生对象;解构目标产品代表性样本,采用数量化Ⅰ类构建设计元素与设计目标的关联模型,选取对设计目标贡献度高的元素进行可拓建模;以仿生对象为基础,对可拓模型进行发散、变换,生成创意,并采用模糊综合评价法评估创意。融合外形仿生与可拓创新方法形成一种流程化的产品创新设计方法,以废墟搜救机器人为例,验证该方法的可行性。研究结果表明:该方法有助于生成创新方案,能为发散性思维提供指导方向,为设计人员提供有价值的参考。

高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究

为了研究水下无人航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)的外形因素对阻力性能的影响,利用计算流体力学方法对不同航行器外形展开阻力预报及分析。对于水下高速UUV而言,优异的阻力性能对UUV的航速和续航能力的提升都是至关重要的。针对某高速UUV的减阻需求,首先结合SUBOFF标准模型进行了阻力特性数值预报,与试验数据对比验证了预报方法的适用性;在此基础上,模仿鲨鱼和海豚的外形特征设计了2种UUV水动力外形构型,针对2种外形构型分别预报了带有不同附体构型的阻力特性,得到了一种相比SUBOFF艇形具有明显减阻效果的UUV水动力外形。研究对低阻型高速UUV的外形设计具有一定的参考价值。

仿生机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法

从揭示鱼类外形仿生和运动仿生中蕴含的仿生机理出发,提出一种机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法,该方法将流体变量和结构变量同步进行推进,并在每个迭代步内进行子迭代,因而提高了算法的稳定性。将鱼体游动介质分为流体介质、结构介质和相互作用的交界面介质,分别建立三种介质的动力学方程。采用隐式耦合方法,给定鱼体变形为输入,将鱼体运动转移到流体单元上,形成对周围流体的激励,通过求解流体动力学方程得到流体作用力,并将该作用力传递于鱼体,作为外力来驱动鱼体自主游动,从而实现流体和结构的交互过程,最后通过机器鱼的自主游动算例验证了方法的有效性。该方法可以评价不同外形和不同运动规律的机器鱼自主游动性能的优劣,进而为揭示仿生游动机理提供科学依据。