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仿枪虾虾螯纵向混合负泊松比结构设计与耐撞性研究

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第1期38卷 77-86页

作者：杨欣王瑞祥许述财秦豪毅宋家锋河北农业大学机电工程学院和长城汽车学院河北保定071001 清华大学苏州汽车研究院(相城) 江苏苏州215134 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022 运输车辆检测、诊断与维修技术交通行业重点实验室济南250357

为提高汽车安全防护结构耐撞性,以枪虾虾螯(大螯)作为仿生原型,通过生物实验提取虾螯微观结构,设计了24种仿生混合负泊松比吸能结构。以质量比吸能(SEA)、结构平均压溃效率(CFE)、初始峰值载荷(IPF)作为评价结构耐撞性的主要指标,借助... 详细信息

为提高汽车安全防护结构耐撞性,以枪虾虾螯(大螯)作为仿生原型,通过生物实验提取虾螯微观结构,设计了24种仿生混合负泊松比吸能结构。以质量比吸能(SEA)、结构平均压溃效率(CFE)、初始峰值载荷(IPF)作为评价结构耐撞性的主要指标,借助经过验证的有限元模型对设计结构仿真模拟,经过结果数据分析确定影响结构耐撞性指标的关键参数a(胞元内凹深度),结合实际工况利用加权组合综合评价方法选出最优耐撞性结构。结果显示,当a=6.80 mm时的BCDA型混合结构耐撞性能最优,优化后SEA=3.21 kJ/kg,IPF=8.58 kN,CFE=31.29%。与单一胞元结构相比,优化后混合模型IPF最高降低35.24%,SEA最高提升35.72%,CFE有所下降,最多降低47.20%。

关键词：工程仿生学纵向混合负泊松比结构耐撞性

工程仿生学的新进展——推动仿生工程学的科学研究与国际交流

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国际学术动态 2009年第6期 34-36页

作者：李建桥任露泉田喜梅吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室

由吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室主办，国家自然科学基金委员会、国家教育部和吉林大学联合资助的第2届仿生工程国际会议（the 2nd International Conference of Bionic Engineering 2008，ICBE’08）于2008年10月10-12日... 详细信息

由吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室主办，国家自然科学基金委员会、国家教育部和吉林大学联合资助的第2届仿生工程国际会议（the 2nd International Conference of Bionic Engineering 2008，ICBE’08）于2008年10月10-12日在吉林省长春市召开。本次会议共吸引了来自美国、英国、德国、加拿大、伊朗、印度、日本、津巴布韦、苏丹、中国等多个国家和地区的百余位代表。

关键词：工程仿生学国际交流科学研究国家自然科学基金委员会教育部重点实验室工程学吉林大学仿生技术

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石油工程仿生学的发展

科技导报 2018年第7期36卷 1-1页

作者：刘合中国石油勘探开发研究院

从千百年前模仿蜘蛛织网发明渔网,到近代模仿鸟类飞翔发明飞机,人类一直在向大自然学习,对仿生学的使用也从无意识向有意识转变。中国科学院院士路甬祥这么定义仿生学：仿生学是研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用,从而... 详细信息

从千百年前模仿蜘蛛织网发明渔网,到近代模仿鸟类飞翔发明飞机,人类一直在向大自然学习,对仿生学的使用也从无意识向有意识转变。中国科学院院士路甬祥这么定义仿生学：仿生学是研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用,从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。进入21世纪,仿生学的思维和方法迅速渗透到各个学科和行业,其中包括石油工程。

关键词：工程仿生学石油工程中国科学院院士生物系统工作原理相互作用设计思想工程技术

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基于虾螯的仿生多胞薄壁管耐撞性分析及优化

吉林大学学报（工学版） 2022年第3期52卷 716-724页

作者：黄晗闫庆昊向枳昕杨鑫涛陈金宝许述财南京航空航天大学航天学院南京211106 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

为提高薄壁吸能结构的耐撞性,基于雀尾螳螂虾螯的微观结构,提出了一种新型含“人”字形仿生单元的多胞薄壁管结构。通过有限元模型仿真分析了不同碰撞角度θ(0°、10°、20°和30°)条件下,仿生单元高宽比η(单元高度A与宽度λ的比值)... 详细信息

为提高薄壁吸能结构的耐撞性,基于雀尾螳螂虾螯的微观结构,提出了一种新型含“人”字形仿生单元的多胞薄壁管结构。通过有限元模型仿真分析了不同碰撞角度θ(0°、10°、20°和30°)条件下,仿生单元高宽比η(单元高度A与宽度λ的比值)对薄壁管耐撞性的影响。结果表明:轴向(θ=0°)和小角度斜向(θ=10°)载荷碰撞条件下,仿生薄壁管均呈现渐进折叠变形,且θ=10°的薄壁管具有较大的比吸能Es和碰撞力效率Cf,以及较小的初始峰值载荷Fp。通过复杂比例法评价了薄壁管的耐撞性,η值分别为0.6~1.0和1.5~1.7时的薄壁管具有较好的耐撞性,仿生单元高宽比η最优值为1.5。采用多目标优化方法和多目标粒子群优化算法对不同碰撞角度工况的薄壁管结构参数进行了优化,最优结果是壁厚t为0.75~1.2 mm、单元宽度λ为5.5~9.5 mm、初始峰值载荷为59.8 kN、比吸能最大值为13.28 kJ/kg,该薄壁管仿生设计方法和优化方法为吸能元件的轻量化设计提供了新思路。

关键词：工程仿生学薄壁管仿生结构耐撞性多目标优化

增材制造镍钛仿生结构缓冲吸能及自恢复特性研究

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振动与冲击 2022年第21期41卷 279-285页

作者：于征磊信仁龙陈立新郭雪朱奕凝张志辉徐泽洲梁平赵杰亮吉林大学汽车仿真与控制国家重点试验室长春130022 吉林大学工程仿生教育部重点试验室长春130022 延边大学农学院吉林延吉133002 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

蜂窝结构由于具有优异的可设计性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能等特性,在车辆碰撞、卫星着陆、军事装备等吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力。以普通内凹蜂窝结构为基础,运用结构仿生学原理进行了仿生优化设计,建立... 详细信息

蜂窝结构由于具有优异的可设计性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能等特性,在车辆碰撞、卫星着陆、军事装备等吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力。以普通内凹蜂窝结构为基础,运用结构仿生学原理进行了仿生优化设计,建立了内凹蜂窝结构和仿花生壳结构的三维负泊松比承载结构,并利用有限元分析软件LS-DYNA进行数值仿真分析。同时以NiTi形状记忆合金这种有独特的形状恢复行为、低刚度、高强度、超弹性的材料为基材,运用选区激光融化技术制备了两种仿生结构样件,并对样件进行了准静态压缩试验。通过对比试验测试结果与数值仿真结果得出,两种结构在吸能减震方面均有着较好的应用前景。其中,3D仿花生壳承载结构有着更好的吸能承载特性。两种结构在5次13%的循环压缩试验后,经过水浴加热后均可达到99%以上的形状恢复效率,为未来具有自恢复功能的缓冲结构的设计提供了参考。

关键词：工程仿生学仿生结构设计增材制造负泊松比准静态压缩数值模拟

家猫爪垫减振机理及其在轮胎花纹中的仿生应用研究

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振动与冲击 2022年第1期41卷 128-136页

作者：王国林梅烨周海超刘从臻江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000

猫科动物运动时表现出极强的减振特性,爪垫作为与地面接触的唯一躯体部分是影响减振效果的关键因素。通过对家猫爪垫的组织学和接地力学试验研究表明,爪垫的减振机理主要体现在:爪垫组织结构呈现的多层特征有助于衰减接地应力;正常行走... 详细信息

猫科动物运动时表现出极强的减振特性,爪垫作为与地面接触的唯一躯体部分是影响减振效果的关键因素。通过对家猫爪垫的组织学和接地力学试验研究表明,爪垫的减振机理主要体现在:爪垫组织结构呈现的多层特征有助于衰减接地应力;正常行走步态下爪垫力学特性表征出的爪垫-地接触中存在摆动变形的运动特征有利于缓冲储能的发挥。利用家猫爪垫的减振机理对PCR轮胎中间区域胎面的花纹沟壁结构进行仿生设计,采用仿蜂巢六边形凹坑非对称布局的花纹结构设计来实现家猫爪垫减振机理的仿生学应用。通过有限元仿真分析发现,当轮胎滚动时,所设计的仿生胎面花纹有效降低了轮胎接地压力偏度值和胎面-路面间径向激励力,改善了轮胎胎面磨损和振动噪声特性。

关键词：工程仿生学家猫爪垫减振机理轮胎花纹振动噪声

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模拟人体出汗的仿生皮肤

传感技术学报 2022年第1期35卷 14-21页

作者：宫保强姚宝国周子晗中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

目前国内外关于仿生皮肤模型的研究主要集中在模拟人体皮肤触力感知功能、皮肤紧密接触类物质特性测试用皮肤以及模拟出汗的单层皮肤等方面,现有的研究无法真实模拟人体皮肤出汗与温度调节的功能。针对这一问题,提出了具有热源层、汗源... 详细信息

目前国内外关于仿生皮肤模型的研究主要集中在模拟人体皮肤触力感知功能、皮肤紧密接触类物质特性测试用皮肤以及模拟出汗的单层皮肤等方面,现有的研究无法真实模拟人体皮肤出汗与温度调节的功能。针对这一问题,提出了具有热源层、汗源层及表皮层的三层仿生皮肤,研究了仿生皮肤的温度及出汗控制系统。采用模糊PID控制方法实现了皮肤内核的温度控制,通过表皮温度反馈及汗源、微量柱塞泵等组成的出汗微循环系统,控制仿生皮肤出小汗、出大汗,通过汗液蒸发降温实现了表皮温度的调节。进行了内核温度控制及表皮温度调节实验,结果表明:内核温度被控制在(36.8±0.1)℃,表皮温度自稳定在(33.5±0.3)℃,仿生皮肤能够出汗将升高的表皮温度调节回(33.5±0.3)℃。研究的仿生皮肤可应用于纺织品的红外管理特性测试,模拟皮肤、纺织品及外界环境形成的微循环系统。

关键词：工程仿生学生物传感执行器仿生皮肤模拟出汗温度调节模糊自适应PID

基于增材制造的着陆器仿生缓冲结构的力学特性

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吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：于征磊曹青张钧栋沙鹏威金敬福魏万祯梁平张志辉吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林大学生物与农业工程学院

为满足着陆缓冲器的吸能需求，本文从缓冲器的缓冲填充材料入手，借鉴Kelvin结构和螺旋结构，运用工程仿生原理，设计并建立了类足球烯仿生结构、多螺旋仿生结构两种结构模型。考虑到着陆器缓冲结构的吸能和可重复利用要求，通过增材制... 详细信息

为满足着陆缓冲器的吸能需求，本文从缓冲器的缓冲填充材料入手，借鉴Kelvin结构和螺旋结构，运用工程仿生原理，设计并建立了类足球烯仿生结构、多螺旋仿生结构两种结构模型。考虑到着陆器缓冲结构的吸能和可重复利用要求，通过增材制造技术并采用具有形状记忆效应的NiTi合金制备了仿生结构样件，通过模拟和试验对样件的力学特性、吸能和可回复性能进行分析验证。结果表明：通过对比仿真模拟试验和等距静压试验的力-位移曲线，验证了数值模拟的准确性；其中多螺旋仿生结构具有较好的力学性能，其最大吸能量为3096.23 J；两种结构的回复率分别高达98.02%和97.12%，类足球烯仿生结构回复率略高。该研究利用增材制造法制备了腿式着陆器缓冲仿生结构，为着陆器缓冲结构仿生设计提供了参考。

关键词：工程仿生学缓冲结构数值模拟增材制造仿生设计

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真空吸盘的仿生设计与吸附性能分析

吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：熙鹏丛茜叶绍波李红波张燕青山西农业大学农业工程学院吉林大学生物与农业工程学院

针对传统方法提高真空吸盘吸附性能效果不显著的问题，从仿生学角度出发，对基于鲍鱼腹足优良吸附性的仿生吸盘吸附性能进行研究。通过提取腹足表面形态设计仿生吸盘，并对吸盘吸附性进行模拟分析，选取模拟结果良好的仿生吸盘进行拉伸... 详细信息

针对传统方法提高真空吸盘吸附性能效果不显著的问题，从仿生学角度出发，对基于鲍鱼腹足优良吸附性的仿生吸盘吸附性能进行研究。通过提取腹足表面形态设计仿生吸盘，并对吸盘吸附性进行模拟分析，选取模拟结果良好的仿生吸盘进行拉伸实验，根据实验结果探究吸附机理。结果表明，密封环宽度对仿生吸盘Mises应力具有较大影响，而沟槽距吸盘中心距离与沟槽分布数量的影响很小。密封环宽度为1.5mm的仿生吸盘所受Mises应力要大于宽度为3mm的仿生吸盘。在40%真空度下，密封环宽度为1.5mm，沟槽距吸盘中心距离为20mm，沟槽分布数量为12的仿生吸盘具有最大吸附力，其最大吸附力比标准吸盘提高了5.32%。本研究表明仿生吸盘可以有效提高吸盘的吸附性能。仿生吸盘密封环结构可以有效阻止吸盘边缘向内收缩，同时沟槽结构可以延缓吸盘内腔与外界连通的可能，从而达到提高吸盘吸附性能的目的。

关键词：工程仿生学吸盘鲍鱼密封环条纹沟槽吸附性