两关节压力驱动柔性仿生机器鱼的设计与仿真

为研究设计一种柔软度高、环境适应性强的新型仿生机器鱼,模仿鲨鱼外形及鲔科鱼类的游动姿态,设计了一种采用液压柔性驱动结构的仿生机器鱼.针对单关节液压驱动柔性机器鱼存在其C型摆动姿态不符合鲔科鱼类摆动规律的问题,采用两关节液压柔性驱动模拟鱼类S型摆动,并根据液压柔性驱动器原理设计仿生鱼的内部结构.依据理论波动方程确定机器鱼的摆动幅值,借助数值模拟计算施加在柔性驱动器内部的压强载荷大小,并分析计算液压柔性驱动器的驱动效率.应用有限元分析软件模拟仿生鱼在流体中的自主游动过程,并将两关节机器鱼与单关节机器鱼的自主巡游过程进行对比仿真,获得两种机器鱼在流体中自主巡游时的运动姿态、游动速度及流场情况.结果表明,在相同的频率与尾鳍摆幅下,两关节柔性机器鱼的巡游平均速度为0.29 BL/s(BL为鱼体体长),高于单关节机器鱼巡游平均速度0.15 BL/s,且由速度矢量图可得出两关节仿生鱼的S型摆动姿态更接近真实鱼类摆动规律,并在运动过程中会产生一系列离散的反向卡门涡街,推进效率高.     

考虑上游泵送效应的滑靴副动压润滑特性

为了改善轴向柱塞泵滑靴副的润滑性能，利用仿生学原理，在斜盘上构建倾斜椭圆形微坑织构. 通过微坑产生的动压效应和上游泵送效应，以期能够优化滑靴副的摩擦性能并减少泄漏量. 基于CFD方法开展了具有椭圆形微坑织构滑靴副的建模与润滑性能研究，揭示了不同润滑介质黏度和转速下柱塞泵滑靴副的承载能力、泄漏量和摩擦系数随微坑倾斜角度的变化规律. 研究结果表明:通过在斜盘面上建立无倾斜椭圆形微坑，能明显提高滑靴副的承载能力，并降低摩擦系数，但会导致泄漏量增大；而在此基础上，通过将椭圆形微坑相对于其滑动方向旋转一定角度，滑靴副的承载能力和摩擦系数不会明显变化，但可以显著减小润滑介质泄漏量.      

类比Ba?ados-Teitelboim-Zanelli黑洞的辐射屏蔽

虽然类比引力理论表明可以使用实验室的物理系统类比黑洞的时空结构,但是旋转黑洞的结构很难在实验室体系中找到较好的对应.本文使用特设的涡旋光,在理论上找到了一种接近Ba?ados-Teitelboim-Zanelli(BTZ)黑洞的类比结构,通过计算无质量粒子和声波在类比BTZ黑洞和引力的BTZ黑洞时空中的运动来比较它们的异同.两种黑洞时空无质量粒子和声波的有效势能给出了相同的能量和角动量的辐射禁区分布,不同的是, BTZ黑洞经典禁区沿径向将趋近固定的能量值,而类比BTZ黑洞的经典禁区沿径向将闭合.幸运的是,在视界和能层附近,无质量粒子和声波的运动行为几乎一致,从这个角度来说,类比实验体系能够很好地模拟BTZ黑洞.特别地,在两种黑洞时空下,低能量高角动量的粒子的经典禁区都更宽.     

基于FPGA的光纤光栅传感解调系统

针对目前光纤光栅传感器解调设备存在的问题,研究设计了更低成本、便携化、性能稳定的传感器解调设备。选择系统集成度高与环境适应性强的线阵CCD光谱成像法作为解调设备整体方案,以SOPC作为嵌入式解调内核,构建传感器解调系统,并通过实验证明,高斯拟合和频谱相关算法的解调精度较高,平均偏差在0.005 0 nm以内,分别为0.003 0 nm和0.004 8 nm,有效提高了光纤光栅传感器中心波长的解调分辨力,同时也证明设计的基于FPGA的光纤光栅传感器解调系统实现了高集成度、高分辨率的解调系统要求。     

两关节压力驱动柔性仿生机器鱼的设计与仿真

为研究设计一种柔软度高、环境适应性强的新型仿生机器鱼, 模仿鲨鱼外形及鲔科鱼类的游动姿态, 设计了一种采用液压柔性驱动结构的仿生机器鱼. 针对单关节液压驱动柔性机器鱼存在其C型摆动姿态不符合鲔科鱼类摆动规律的问题, 采用两关节液压柔性驱动模拟鱼类S型摆动, 并根据液压柔性驱动器原理设计仿生鱼的内部结构. 依据理论波动方程确定机器鱼的摆动幅值, 借助数值模拟计算施加在柔性驱动器内部的压强载荷大小, 并分析计算液压柔性驱动器的驱动效率. 应用有限元分析软件模拟仿生鱼在流体中的自主游动过程, 并将两关节机器鱼与单关节机器鱼的自主巡游过程进行对比仿真, 获得两种机器鱼在流体中自主巡游时的运动姿态、游动速度及流场情况. 结果表明, 在相同的频率与尾鳍摆幅下, 两关节柔性机器鱼的巡游平均速度为0.29 BL/s (BL为鱼体体长), 高于单关节机器鱼巡游平均速度0.15 BL/s, 且由速度矢量图可得出两关节仿生鱼的S型摆动姿态更接近真实鱼类摆动规律, 并在运动过程中会产生一系列离散的反向卡门涡街, 推进效率高.      

球形摩擦纳米波浪能发电机的多物理场耦合建模方法研究

球形摩擦纳米发电机因其对低频、高随机性的波浪能具有优异的捕获性能，日益受到波浪能研究者的青睐. 为了实现对其在特定波况条件下发电性能的定量研究，基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件，本文作者提出了一种针对球形摩擦纳米波浪能发电机的高保真多物理场耦合建模方法. 该模型可以兼顾准确性和高效性地模拟球形摩擦纳米发电机在特定波况下的多物理场耦合作用及电能输出情况，是对当前国内外普遍采用的基于静电场的静态仿真方法的发展和改进. 基于该方法，本研究针对四电极型的球形摩擦发电机进行了建模和性能研究，实现了从推板造波到电能输出的全过程、高保真、实时、定量仿真，为对其开展结构优化设计并最终走向实用化提供了一种有效手段.      

高速磁浮列车近场气动特性及其诱导噪声的数值仿真研究

磁浮列车具有高速性和非接触性,其噪声水平主要依赖于近场气动特性.本文中针对某型号三编组高速磁浮列车,基于Lighthill声学理论,应用大涡模拟法(LES)和FW-H声学模型,仿真分析了1:10列车缩比模型在600 km/h明线工况下的稳态气动特性及瞬态气动噪声激励源特性.结果表明：高速磁浮列车车头与车尾鼻尖位置呈现等压线密集、压力梯度大现象,且车头鼻尖处压力值明显高于车尾鼻尖;列车表面声功率级最高可达155 dB,主要噪声源产生在车头鼻尖区域、表面曲率发生较大变化位置;低频段下列车车头与车尾表面对应位置监测点的声压级分布规律相同,且车头鼻尖位置监测点声压级高于车尾鼻尖,车头与车尾向车身过渡位置两监测点声压级在低频段有明显波动.文中所得研究成果,可为高速磁浮列车车内噪声计算以及为后续低频噪声优化提供一定的科学依据和指导,实现乘客对乘坐舒适性要求.