国家自然科学基金(51275199)
- 作品数：8 被引量：39H指数：4
- 相关作者：张锐李建桥杨明明张四华潘润铎更多>>
- 相关机构：吉林大学吉林大学第一医院中国电子科技集团第二十八研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金吉林省科技发展计划基金教育部重点实验室开放基金更多>>
- 相关领域：生物学一般工业技术航空宇航科学技术更多>>
- 越沙步行轮仿生设计及动力学性能仿真被引量：4
- 2016年
- 为提高车轮在沙土介质环境的通过性能,基于鸵鸟足趾结构形貌与运动方式,设计出一种仿生越沙步行轮。该步行轮通过轮脚中的定立柱和动滑块相互配合实现对轮下沙土的限流紧固功能,同时自适应带动轮刺机构进入附着牵引工作状态与离沙减扰非工作状态。采用多刚体动力学分析软件,预测了仿生越沙步行轮轮腿各部件之间的活动范围和干涉情况。采用离散元软件,分析了轮脚底面/沙土相互作用关系,验证了该仿生越沙步行轮具有良好的固沙限流、牵引附着性的特点。该研究为提高松软地面中步行机构的通过性能提供了参考。
- 张锐吉巧丽张四华李建桥
- 关键词：仿生计算机仿真动力学分析离散元模拟
- 仿生越沙杖结构设计及性能数值分析被引量：2
- 2013年
- 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。
- 张锐张四华刘芳李建桥
- 关键词：工程仿生学数值模拟
- 驯鹿足底非规则特征形貌数学模型构建及验证被引量：10
- 2017年
- 为攻克常规防滑轮胎在冰面上通过性低的难题,以驯鹿足为仿生原型,对驯鹿足底特征形貌进行分析。该文通过逆向工程技术,将驯鹿足单个足底划分为内、外侧边缘曲线、脊线凹槽面和足跟凸冠面4个典型部位。运用1st Op软件和MATLAB软件对特征部位拟合并构建数学模型,利用X射线能谱仪对驯鹿足底特征部位进行元素分析。内、外侧边缘曲线方程的决定系数R^2分别为0.994、0.992;脊线凹槽面和足跟凸冠面曲面方程的R^2分别为0.96、0.98。通过模型验证发现,模型拟合值与实际值的相对误差均值在5%以下,实现了驯鹿足底特征形貌从生物模型到数学模型的转化。能谱分析结果表明驯鹿足底除含有大量的碳、氧及氮元素外,硫、硅、铁、铝、钙5种元素含量较高,并且不同部位的元素存在差别。该研究可为工程仿生技术应用于冰路面行驶车辆胎面设计提供新的研究方向和参考依据。
- 张锐乔钰吉巧丽李建桥
- 关键词：仿生计算机仿真逆向工程
- 鸵鸟足底非规则曲面形貌数学模型构建
- 鸵鸟足底曲面形貌是影响鸵鸟足优越越沙性能的关键因素之一,研究鸵鸟足底曲面特征将有助于将其这一优越特性应用到越沙车轮上,以改善目前常规越沙车轮在松软地面上通过性低的难题。该文选取健康成年鸵鸟足,经过三维激光扫描仪扫描得到鸵...
- 张锐杨明明潘润铎刘海宝曾桂银李建桥
- 关键词：仿生学逆向工程
- 文献传递
- BIONIC SPIKES OF SPRINT SHOES BASED ON OSTRICH FOOT TOENAIL
- ＜正＞INTRODUCTION Sprint shoes are the only sport equipment for a sprinter.As an important part of sprint shoes,...
- Rui ZhangHaitao WangHaibao LiuRunduo PanQiang WangJianqiao Li
- 文献传递
- 鸵鸟足底非规则曲面形貌数学模型构建被引量：11
- 2015年
- 鸵鸟足底曲面形貌是影响鸵鸟足优越越沙性能的关键因素之一,研究鸵鸟足底曲面特征将有助于将其这一优越特性应用到越沙车轮上,以改善目前常规越沙车轮在松软地面上通过性低的难题。该文选取健康成年鸵鸟足,经过三维激光扫描仪扫描得到鸵鸟足的点云数据,并导入Geomagic Studio软件中进行封装、表面处理,最后把鸵鸟足第Ⅲ趾底曲面划分为3个典型区域:前掌缓曲面、中间凹槽面和足跟凸冠面。利用Catia软件中的Digitized Shape Editor模块,对3个典型曲面的密集点云选取合理的过滤方式过滤,保留典型曲面形貌的特征点,并导出3个典型区域特征点云三维数据。运用Matlab软件中的surface fitting自动拟合功能,拟合前掌缓曲面和中间凹槽面的2个曲面,分别得到2个曲面的拟合方程和决定系数R2;基于足跟凸冠面外形类似于一个典型椭球面,利用SAS软件中非线性回归模块以椭球面模型进行曲面拟合。从拟合结果可以看出,3个曲面的决定系数R2分别为0.95、0.96、0.95,实现了鸵鸟足底曲面由生物模型到数学模型的转化。该研究为将鸵鸟足底曲面形貌进行工程仿生学应用奠定了理论基础,并为利用工程仿生学技术研究松软路面行驶车辆提供研究方向和参考依据。
- 张锐杨明明潘润铎刘海宝曾桂银李建桥
- 关键词：仿生学逆向工程
- 火星巡视器鼓形车轮仿生设计与性能分析被引量：3
- 2016年
- 以善于沙地奔跑的鸵鸟的二趾足为仿生原型,利用工程仿生学原理,设计一种高通过性的仿生越沙鼓形轮面车轮。以与火星壤近似的松软沙土为试验材料,利用车轮-土壤土槽测试系统,以轮辙、挂钩牵引力和沉陷量为试验指标,对仿生鼓形轮面车轮和普通轮面车轮的通过性能进行了对比分析。结果表明,当滑转率超过0.85时,普通鼓形轮面比仿生鼓形轮面轮辙的堆积现象明显,并且出现明显打滑空转现象。在相同试验条件下,当滑转率小于0.42时,普通鼓形轮面车轮的挂钩牵引力稍大于仿生鼓形轮面车轮,当滑转率大于0.42时,仿生鼓形轮面车轮的挂钩牵引力明显大于普通鼓形轮面车轮。仿生鼓形轮面车轮和普通鼓形轮面车轮的最大挂钩牵引力分别为11.6N和2.6 N。滑转率对于普通鼓形轮面车轮的沉陷量影响较小,沉陷量基本保持在约35 mm,而随着滑转率的增大,仿生鼓形轮面车轮沉陷量呈现缓慢增大趋势。
- 张锐吉巧丽杨明明李建桥
- 轮面曲率半径对沙地刚性轮沉陷性能影响研究被引量：4
- 2016年
- 轮面曲率半径对沙地刚性轮的沉陷性能影响至关重要。通过轮面承压试验、轮壤台架动态试验和离散元数值模拟分别对6种不同轮面曲率半径的平面、凹面和凸面沙地刚性轮在3种不同颗粒形状及粒径大小沙土上的沉陷性能进行分析。在轮面承压试验中,相比其他轮面曲率半径的车轮,平面轮在细径石英砂和粉尘状火山灰上的抗沉陷性能均最好。与其他沙土介质相比,粗径石英砂上所有轮面车轮的沉陷量最小。轮面承压模拟结果表明,平面轮下沙土颗粒的力场分布均匀,轮下颗粒溢出量小,有效说明平面轮沉陷量最小的原理。在细径石英砂轮壤台架动态试验中,凹面R80车轮在行驶初期(位移小于50 cm)沉陷量最小,行驶到稳定状态后(位移大于70 cm),凹面R60车轮的动态沉陷量最小;在粉尘状火山灰轮壤台架动态试验中,凹面R60车轮在整个运动范围内的沉陷量最小。因此,在细径石英砂和粉尘状火山灰上行驶过程中,轮面曲率半径较大的凹面轮的抗沉陷性能较好。此外,由车轮行驶在细径石英砂离散元模拟可知,凹面轮的受力区域集中在轮面两侧,轮面内凹结构可有效防止沙土侧向流动并减小对沙土的扰动。本文研究不仅为承压和行驶条件下不同曲率半径轮面的车轮在沙土介质上的沉陷性能判断提供参考依据,而且为沙漠或者深空探测车辆轮/胎的轮面结构设计提供重要理论依据。
- 张锐吉巧丽张四华刘芳李建桥
- 关键词：数值模拟
- 沙地刚性轮构型仿生设计及牵引性能数值分析被引量：16
- 2015年
- 为了提高车轮牵引性能,改善车辆在松散沙土介质环境的通过能力,该文以善于沙地奔跑的鸵鸟足部关键部位—足趾甲为仿生原型,通过仿生优化轮刺结构,设计出具有高牵引性能的仿生轮刺式沙地刚性轮,并以一种模拟月壤作为试验松散沙土介质材料,采用离散元软件PFC2D?的内置语言FISH和相关命令,建立了适用于非规则结构刚性轮的轮壤相互作用动态模拟系统,并获得试验验证。通过仿生轮刺式刚性轮与模拟月壤相互作用离散元模拟,并与矩形轮刺式刚性轮模拟结果对照,从轮下模拟月壤颗粒细观运动、接触力场、速度场以及车轮挂钩牵引力角度,验证了仿生轮刺式刚性轮具有优越的牵引性能,在车轮滑转率50%的稳定运行状态下,仿生轮刺式刚性轮的牵引性能可提高5.2%左右。该研究为提高刚性轮在松散沙土介质环境中的牵引性能提供了全新设计和研究手段。
- 张锐罗刚薛书亮杨明明刘芳张四华潘润铎李建桥
- 关键词：仿生学离散元模拟
- 鸵鸟二趾足底曲面固沙限流特性数值模拟被引量：3
- 2015年
- 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。
- 张锐杨明明刘海宝曾桂银潘润铎李建桥
- 关键词：工程仿生学数值模拟
