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机床结构件轻量化设计的研究现状与进展 被引量:20
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作者 赵岭 王婷 +1 位作者 梁明 李国孟 《机床与液压》 北大核心 2012年第15期145-147,共3页
随着高速加工技术的发展,机床结构件的轻量化成为保证加工精度和高速度的必然要求。现多集中于结构件的筋板设计,如优化结构参数、改进结构形式和替换传统材料等,并广泛采用计算机仿真建模、分析软件。此外,轻质高效的生物结构也逐渐被... 随着高速加工技术的发展,机床结构件的轻量化成为保证加工精度和高速度的必然要求。现多集中于结构件的筋板设计,如优化结构参数、改进结构形式和替换传统材料等,并广泛采用计算机仿真建模、分析软件。此外,轻质高效的生物结构也逐渐被应用于机床结构件的仿生设计、改进中,并取得了一定的轻量化效果,为一般机械结构的轻量化设计提供了参考。 展开更多
关键词 高速加工 轻量化设计 机床结构件 结构仿生
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仿虾螯结构薄壁管设计及耐撞性分析 被引量:14
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作者 杨欣 范晓文 +2 位作者 许述财 黄晗 霍鹏 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期59-69,共11页
为提高薄壁管的耐撞性能,以虾螯为生物原型,通过结构仿生原理设计了仿虾螯结构多晶胞薄壁管。以晶胞数(2~6)和冲击角度(0°、10°、20°、30°)为试验因素,利用有限元法分析了仿虾螯结构多晶胞薄壁管在不同冲击角度下... 为提高薄壁管的耐撞性能,以虾螯为生物原型,通过结构仿生原理设计了仿虾螯结构多晶胞薄壁管。以晶胞数(2~6)和冲击角度(0°、10°、20°、30°)为试验因素,利用有限元法分析了仿虾螯结构多晶胞薄壁管在不同冲击角度下的耐撞性能,通过落锤试验验证了仿真结果的可靠性。结果表明:2晶胞仿生管在轴向和斜向载荷下的耐撞性最优。同工况条件下,减少晶胞数可降低仿生管峰值载荷。斜向冲击载荷下,仿生管保持稳定叠缩变形模式的时间随晶胞数的增加而缩短,其耐撞性能随晶胞数的增加而降低。虾螯结构特征与普通圆管的结合有效提高了仿虾螯结构多晶胞薄壁管的耐撞性能。 展开更多
关键词 薄壁管 结构仿生 耐撞性 落锤试验 晶胞
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基于王莲叶脉分布的塔式起重机臂架结构仿生设计 被引量:11
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作者 陶义 王宗彦 +1 位作者 王珂 冯琦 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第3期36-39,共4页
为了使塔式起重机自身重量更轻,更易于安装和运输,以此降低生产和运行成本,引入了结构仿生设计思想。以QTZ40塔式起重机臂架结构为研究对象,利用结构仿生设计方法对塔式起重机臂架结构进行了仿生优化设计。经研究、分析发现王莲叶脉的... 为了使塔式起重机自身重量更轻,更易于安装和运输,以此降低生产和运行成本,引入了结构仿生设计思想。以QTZ40塔式起重机臂架结构为研究对象,利用结构仿生设计方法对塔式起重机臂架结构进行了仿生优化设计。经研究、分析发现王莲叶脉的构型符合黄金分割定律,依据相似性评价标准,确定王莲为臂架仿生原型,结合臂架拓扑优化结果和王莲构型规律,确定了臂架的仿生优化设计方案。利用APDL语言建立了臂架的有限元模型,接着利用ANSYS软件对臂架原结构和仿生结构分别进行静力学分析计算,结果显示,仿生模型较原模型减重11.41%,并且在强度、刚度等方面均取得了较好的优化效果。 展开更多
关键词 塔式起重机 臂架 结构仿生 王莲
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基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计 被引量:10
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作者 刘良宝 陈五一 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1596-1600,共5页
针对薄壁件的轻量化设计要求,在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上,以飞机盖板原型为对象,应用结构仿生设计方法,对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计,利用ANSYS APDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行... 针对薄壁件的轻量化设计要求,在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上,以飞机盖板原型为对象,应用结构仿生设计方法,对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计,利用ANSYS APDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行筋板结构参数优化.有限元分析结果表明,相对于原型盖板,结构参数优化后的仿生型盖板质量减小,比强度结构效能有较大提高,静力学性能明显改善. 展开更多
关键词 叶脉 结构仿生 盖板 筋板分布 比强度效能
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横梁筋板的结构仿生设计及优化 被引量:7
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作者 田亚峰 李正羊 +2 位作者 王礼明 赵坤坤 叶霞 《机床与液压》 北大核心 2016年第20期5-9,43,共6页
结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构;通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量;筋板结构确定... 结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构;通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量;筋板结构确定后,通过优化技术,以横梁的形变量、质量及固有频率作为性能指标,对横梁的关键尺寸进行灵敏度分析,以达到优化横梁的目的。优化后的新型筋板结构横梁与原型横梁相比在性能有了明显的提升。 展开更多
关键词 横梁筋板 结构仿生 拓扑优化 灵敏度分析
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基于仿生学的纺织全产业链设计与应用
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作者 黄旭 张炜栋 《针织工业》 北大核心 2024年第1期25-30,共6页
仿生学是对在大自然中发现的生物方法、系统和良好设计的提取和应用,仿生学或仿生方法被认为是最有前途的领域之一。生物仿生可以用于纺织产业链的所有环节,从纤维、织造、染整到服装设计,仿生学在纺织领域全面开花。仿生创新是系统研... 仿生学是对在大自然中发现的生物方法、系统和良好设计的提取和应用,仿生学或仿生方法被认为是最有前途的领域之一。生物仿生可以用于纺织产业链的所有环节,从纤维、织造、染整到服装设计,仿生学在纺织领域全面开花。仿生创新是系统研究的产物,到目前为止,商业化的仿生纺织技术还不多;从纤维仿生、面料仿生、色彩仿生、设计仿生和低能耗生产5个方面介绍近年来的成果,分析各方面不足,并对未来进行展望。可以看出,纺织仿生领域前期的研究重点在通过组织结构设计仿生实现面料功能性,随着微纳米尺度科技和可穿戴技术的发展,更多研究集中在材料仿生领域以及仿生学和智能纺织品的结合。在可预见的未来,服装将真正成为人类的第二皮肤。 展开更多
关键词 纺织产业链 材料仿生 结构仿生 微纳米尺度 低能耗生产
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3-RRR+(S-P)人形机器人仿生肩关节主参数设计及其工作空间分析 被引量:3
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作者 杨龙 褚宏鹏 +2 位作者 孙通帅 邱雪松 周玉林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期199-205,共7页
通过实验测量得到人体肩关节的运动空间。依据结构仿生原则,对比人体肱骨结构参数,将3-RRR+(S-P)人形机器人仿生肩关节的输出偏置角定为45°,并通过坐标变换得到其安全工作空间。依据空间一致性原则,对比人体肩关节的运动空间,确定... 通过实验测量得到人体肩关节的运动空间。依据结构仿生原则,对比人体肱骨结构参数,将3-RRR+(S-P)人形机器人仿生肩关节的输出偏置角定为45°,并通过坐标变换得到其安全工作空间。依据空间一致性原则,对比人体肩关节的运动空间,确定仿生肩关节定平台在"人体"中的安装位姿角,使仿生肩关节相对于"人体"的安全工作空间与人体肩关节运动空间的中心位置(对称轴线)重合,从而设计完成3-RRR+(S-P)人形机器人仿生肩关节。最后,建立3-RRR+(S-P)人形机器人仿生肩关节与人体肩关节的空间映射关系。 展开更多
关键词 仿生肩关节 主参数设计 结构仿生 空间一致性
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复合空气悬架导向臂仿竹子结构设计及多目标优化 被引量:1
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作者 邓香林 徐峰祥 邹震 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2023年第5期118-128,共11页
针对复合空气悬架导向臂的轻量化问题,受启发于竹子的截面形状、变截面、竹节等结构特征,运用结构仿生的方法设计了仿生导向臂。运用参数敏感性分析方法探明了影响仿生导向臂性能的关键参数,选取对导向臂性能影响较大的肋板和内孔截面... 针对复合空气悬架导向臂的轻量化问题,受启发于竹子的截面形状、变截面、竹节等结构特征,运用结构仿生的方法设计了仿生导向臂。运用参数敏感性分析方法探明了影响仿生导向臂性能的关键参数,选取对导向臂性能影响较大的肋板和内孔截面参数为设计变量,导向臂总质量与最大变形最小为优化目标开展多目标优化研究,结合熵权TOPSIS-灰色关联分析的多目标决策法确定了Pareto解集中的最优参数方案。结果表明:多目标优化后的仿生导向臂较之原型导向臂在质量减小17.44%的前提下,最大变形降低9.24%、等效应力下降17.33%、一阶预应力约束模态频率上升22.92%,证明了结构仿生设计方法在导向臂轻量化设计上的可行性,为导向臂的结构轻量化设计提供理论依据。 展开更多
关键词 导向臂 轻量化 竹子 结构仿生 多目标优化
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采用结构仿生的重型机床立柱的综合优化 被引量:11
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作者 李宇鹏 巴春来 刘来超 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期1621-1625,1637,共6页
以重型球形蜗杆砂轮磨齿机立柱为研究对象,以应变能最小和1阶固有频率最大为目标,以体积分数为约束,对重型立柱结构进行拓扑优化,得到复杂载荷下材料的最佳分布。结合结构仿生优化和尺寸优化对立柱内部复杂结构进行优化。优化前后立柱... 以重型球形蜗杆砂轮磨齿机立柱为研究对象,以应变能最小和1阶固有频率最大为目标,以体积分数为约束,对重型立柱结构进行拓扑优化,得到复杂载荷下材料的最佳分布。结合结构仿生优化和尺寸优化对立柱内部复杂结构进行优化。优化前后立柱的静动态性能指标的对比结果表明:立柱的静动态性能显著提升,内部复杂结构的仿生轻量化和尺寸最佳得以实现,从而验证了综合优化的有效性。 展开更多
关键词 重型机床立柱 拓扑优化 结构仿生优化 尺寸优化
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结构仿生设计方法及其在机械领域中的应用 被引量:4
10
作者 夏令辉 《科技视界》 2018年第16期24-25,共2页
在明确结构仿生设计方法的基础上,促进其在机械设计中的广泛应用,有助于提升机械设计的合理性,彰显仿生学的研究价值。本文在对结构仿生设计方法进行综合阐述的基础上,分析了结构仿生设计方法在机械领域中的具体应用,并阐述了结构仿生... 在明确结构仿生设计方法的基础上,促进其在机械设计中的广泛应用,有助于提升机械设计的合理性,彰显仿生学的研究价值。本文在对结构仿生设计方法进行综合阐述的基础上,分析了结构仿生设计方法在机械领域中的具体应用,并阐述了结构仿生设计的不足之处及发展趋势,以期为相关人士提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 结构仿生设计 扑翼飞行器 仿生机器人
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仿竹子结构八重桁架点阵结构设计与增材制造 被引量:3
11
作者 张志 宋波 +1 位作者 祁俊峰 史玉升 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期34-40,共7页
针对航空航天、汽车工程等领域中对轻量化、高强度、高吸能构件的迫切需求,受启发于竹子的特殊宏微观空心结构,提出了空心八重桁架的高比强吸能点阵结构优化设计方法.空心八重桁架点阵结构由空心面心立方体和正八面体点阵结构组合而成,... 针对航空航天、汽车工程等领域中对轻量化、高强度、高吸能构件的迫切需求,受启发于竹子的特殊宏微观空心结构,提出了空心八重桁架的高比强吸能点阵结构优化设计方法.空心八重桁架点阵结构由空心面心立方体和正八面体点阵结构组合而成,采用光固化技术分别成形3种点阵结构并利用准静态压缩试验测试其力学性能,结果表明:空心八重桁架点阵结构的弹性模量低于空心面心立方体和正八面体点阵结构之和,屈服强度、抗压强度和能量吸收值高于两者之和.当点阵结构的边长为8 mm时,空心八重桁架点阵结构的弹性模量低于空心面心立方体和正八面体点阵结构总和的4.76%,而屈服强度、抗压强度和能量吸收值分别高于空心面心立方体和正八面体点阵结构总和的12.80%,7.09%和51.68%.当空心八重桁架结构的边长从8 mm增加到20 mm时,弹性模量、屈服强度、抗压强度和能量吸收分别下降19.96%,24.73%,30.77%和33.69%. 展开更多
关键词 增材制造 竹子结构仿生 八重桁架结构 光固化技术 力学性能
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风力发电机塔筒结构仿生设计分析
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作者 李村 文鹏 《机械研究与应用》 2022年第3期13-16,共4页
结合结构仿生设计理论,以棕榈树为仿生生物原型,对2MW风力发电机塔筒进行仿棕榈树维管束结构的仿生塔筒设计构想。采用有限元数值分析方法对仿生塔筒和原塔筒进行静态、稳定性研究。结果表明:仿生塔筒结构安全可靠性在塔筒许用应力范围... 结合结构仿生设计理论,以棕榈树为仿生生物原型,对2MW风力发电机塔筒进行仿棕榈树维管束结构的仿生塔筒设计构想。采用有限元数值分析方法对仿生塔筒和原塔筒进行静态、稳定性研究。结果表明:仿生塔筒结构安全可靠性在塔筒许用应力范围内,仿生塔筒较原塔筒塔顶位移降低约3.78%,结构整体稳定性提高约3.61%,为塔筒的仿生设计提供一种新思路。 展开更多
关键词 风力机塔筒 结构仿生设计 棕榈树 维管束 结构稳定性
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Bionic Research on Fish Scales for Drag Reduction 被引量:17
13
作者 Zhaoliang Dou Jiadao Wang Darong Chen 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2012年第4期457-464,共8页
To reduce friction drag with bionic method in a more feasible way, the surface microstructure of fish scales was analyzed attempting to reveal the biologic features responding to skin friction drag reduction. Then com... To reduce friction drag with bionic method in a more feasible way, the surface microstructure of fish scales was analyzed attempting to reveal the biologic features responding to skin friction drag reduction. Then comparable bionic surface mimicking fish scales was fabricated through coating technology for drag reduction. The paint mixture was coated on a substrate through a self-developed spray-painting apparatus. The bionic surface with micron-scale caves formed spontaneously due to the interra- cial convection and deformation driven by interfacial tension gradient in the presence of solvent evaporation. Comparative experiments between bionic surface and smooth surface were performed in a water tunnel to evaluate the effect of bionic surface on drag reduction, and visible drag reduction efficiency was obtained. Numerical simulation results show that gas phase de- velops in solid-liquid interface of bionic surface with the effect of surface topography and partially replaces the solid-liquid shear force with gas-liquid shear force, hence reducing the skin friction drag effectively. Therefore, with remarkable drag re- duction performance and simple fabrication technology, the proposed drag reduction technique shows the promise for practical applications. 展开更多
关键词 drag reduction micro-structured bionic surface fish scales polymer coating interfacial convection and deformation
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