鸵鸟二趾足底曲面固沙限流特性数值模拟

采用逆向工程技术,完成了鸵鸟足底曲面三维重构和分区,基于离散元法和有限元法,进行了鸵鸟足底曲面/沙土相互作用数值模拟。鸵鸟足底曲面下沙土颗粒流动程度沿足宽方向大于沿足长方向,表明鸵鸟足底曲面形貌更好地减缓了鸵鸟足在沙地上的前行滑移程度。在鸵鸟足多曲面结合形貌中,第Ⅲ趾底中间凹槽面固沙限流效果最好,此区域的沙土颗粒群受力呈现网格状稳态紧固分布。鸵鸟足第Ⅲ趾底中间凹槽面数学模型的建立,为鸵鸟足底曲面仿生设计提供了重要理论依据。

仿生越沙杖结构设计及性能数值分析

基于鸵鸟足结构形貌及越沙机制,以鸵鸟足为生物原型,通过对杖托进行仿生设计,研制了一种仿生越沙杖。该仿生杖托能够根据仿生杖的垂直荷载和沙土的软硬程度自动改变结构以及杖托/沙土接触面积。采用离散元软件PFC2D,对仿生越沙杖入沙过程中触沙初始状态、承载中间状态和极限承载状态进行了数值模拟,并与普通越沙杖杖托下接触力场、速度场、沉陷量和承载力的模拟结果进行了对比,结果表明仿生越沙杖具有优越的固沙限流、抗沉陷和高承载性能。