冲击载荷下分支交错层状仿生复合材料动态断裂行为的实验研究和数值模拟

通过三点弯动态冲击实验和数值模拟方法,研究了分支交错层状仿生复合材料的动态断裂韧性。首先设计并制备了分支交错层状仿贝壳复合材料试样,即将一种脆性刚性材料和一种橡胶类材料分别作为复合材料的硬质层和软胶层;随后采用改进的分离式Hopkinson压杆装置进行了三点弯冲击实验;接着讨论了初始冲击速度、硬质材料长宽比、软质材料层厚度对复合材料试样动态断裂行为的影响;最后采用ABAQUS有限元数值模拟,研究了不同宽度和不同冲击方向对复合材料试样动态断裂韧性和裂纹扩展的影响。结果表明:随着冲击速度和硬质材料长宽比增加、软胶层厚度减小,裂纹越倾向于沿直线扩展,反之,裂纹越倾向于绕过硬质材料沿着软胶层呈折线扩展;试样的峰值动载荷和起裂时间也随之增大。有限元模拟结果表明:随着结构总宽度的增大,试样断裂韧性增加,裂纹倾向于绕过硬质材料沿着软胶层扩展;采用实验设计的冲击方向时,试样的断裂韧性高于其他方向。     

圆柱形锂电池液冷热管理实验研究

对92根加热棒组成的等效电池组的液冷热管理进行了实验研究,波浪形扁管穿插入电池组构成冷却通道。结果表明：电池组的最高温度和最大温差均随着冷却液流量的增大而降低,但降幅逐渐减小,冷却液泵功随着流量的增大而快速增长,综合考虑10 L/h为冷却液最佳流量;电池组的最高温度随着冷却液进口温度的降低而降低,但电池组温度的均匀性随着冷却液温度的降低而恶化;四种不同冷却液相比,体积分数为50%乙二醇溶液的电池组温度最高,均匀性最差,去离子水居中,由于石蜡的相变潜热和颗粒的微对流效应,体积分数为2%和5%相变微胶囊悬浮液对电池组的冷却效果最佳,且悬浮液浓度越高,电池组温度越低,均匀性越好。     

一类新型仿生分析试剂的制备--分子模板技术的研究进展

评述了一类新型仿生分析试剂--分子模板聚合物的系列制备方法.该方法称为分子模板技术,包括封管聚合、原位聚合、悬浮聚合、两步溶胀和聚合联用以及膜技术,指出了该技术的研究目标和应用前景.     

基于雨燕翅膀的仿生三角翼气动特性计算研究

针对低雷诺数微型飞行器的气动布局, 设计出类似雨燕翅膀的一组具有不同前缘钝度的中等后掠($\varLambda =50^{\circ}$)仿生三角翼. 为了定量对比研究三角翼后缘收缩产生的气动效应, 设计了一组具有同等后掠的普通三角翼. 为了深入研究仿生三角翼布局的前缘涡演化特性以及总体气动特性, 采用数值模拟方法详细地探索了低雷诺数($Re=1.58\times 10^{4})$流动条件下前缘涡涡流结构和气动力随迎角的变化规律. 分析结果表明, 前缘钝度和后缘收缩对仿生三角翼前缘涡的涡流强度和涡破裂位置有显著影响. 相对于钝前缘来说, 尖前缘使仿生三角翼上下表面的压力差增大, 涡流强度也更大, 增升作用也更显著. 相对于普通三角翼构型, 仿生三角翼的前缘斜切使其阻力更大, 但后缘的收缩使涡破裂位置固定在此位置, 因此整个上翼面保持低压, 总的升力更大. 由于小迎角时升力增大更明显, 因此仿生三角翼的气动效率在小迎角时明显大于普通三角翼. 这些结论对于揭示鸟类的飞行机理以及未来微型仿生飞行器的气动布局设计具有重要的研究价值.      

动物进化的抗冲击策略及其仿生机理研究

经过长期的自然选择, 自然界中的动物已经进化出各种各样高效的、可靠的、适应性强的抗冲击策略和机体防护机制, 抵抗来自周围复杂环境的碰撞和冲击载荷, 保护生物外部结构和内部器官在进行激烈生物活动时不受伤害. 相比传统工程防护结构, 这些天然的生物防御系统具有优异的抗冲击特性、高效的能量耗散效率以及可重复使用等特征. 因此, 近年来, 关于探索生物及其仿生机理的研究越来越受到广大学者的关注. 本文作者结合近期在该领域的研究成果, 综述了自然界各类动物的抗冲击策略与身体防护机制及其相关仿生设计与应用的最新研究进展. 特别地, 我们归纳分析和讨论了面对不同载荷环境时生物抗冲击结构独特的进化过程和非凡的力学性能, 并且介绍了相关的抗冲击仿生应用研究. 最后, 讨论了动物抗冲击策略与防护机制及其仿生应用研究的挑战和未来发展方向. 本文可为研究人员和工程师提供有效的数据资料, 为可重复使用能量吸收装置及其飞行器结构的抗冲击与防护设计提供有益借鉴和仿生依据.      

仿长耳鸮翼型的参数化研究

以长耳鸮翼型为仿生原型,采用逆向工程方法提取鸮翼翼型下表面特征点并利用B样条曲线进行拟合建立鸮翼仿生重构模型。通过数值求解耦合Langtry-Menter SST模型的雷诺时均Navier-Stokes方程,研究了仿生翼型的前缘弧线曲率、前缘厚度、前端倾角、翼型中部下表面曲率以及尾部厚度等参数对翼型升阻比的影响,获得了一种能有效抑制大攻角下流动分离发生的仿生翼型。正交试验结果表明:翼型前缘厚度对仿生翼型的升阻比影响最大,随着翼型前缘厚度的减少,翼型升阻比增加;翼型下表面中部曲率和翼型尾部厚度均存在最优值使仿生翼型升阻比最大。     

基于差分Pattern时延差编码和海豚whistles信号的仿生水声通信技术研究

为解决传统的隐蔽水声通信方法带来的通信性能降低问题, 提出了一种将差分 Pattern 时延差编码通信体制与海豚whistles信号相结合的仿生水声通信技术. 海豚whistles信号频带较窄且各信息码元间隔不等、码元之间互相关性较弱, 选取whistles信号作同步码和Pattern 码, 并以相邻whistles信号之间的时延差值携带信息. 这种仿生的水声通信信号不易被敌方探测、截获, 且差分Pattern时延差特殊的编码方式也不易使信息被破译, 因此该水声通信技术具有较强的隐蔽性和保密性, 且在抗码间干扰以及抗多普勒效应方面具有优异性能. 本文对系统进行了水池实验, 在信噪比为0 dB、存在相对运动时实现了通信速率为67 bit/s的低误码数据传输, 验证了系统的有效性、稳健性和隐蔽性. 关键词： 仿生水声通信 差分Pattern时延差编码 海豚whistles信号 隐蔽性     

封面照片说明

 照片上介绍的是仿生机器人的一种--蛇形机器人,由中国人民解放军国防科学技术大学研制。蛇形机器人因其外形和运动方式与自然界中的蛇类相似而得名。     

珍珠和贝壳珍珠层的傅里叶变换红外光谱研究

本文通过高分辨率傅里叶变换红外光谱法和Ｘ射线衍射技术研究了三角帆蚌生长的珍珠和壳珍珠层粉末在１６０℃热处理前后谱图的变化。