經(jīng)略海洋,裝備為先。作為海洋裝備中的新星,水下機(jī)器人于近年來在海洋開發(fā)、海洋管理、海洋安全等方面扮演著愈加重要的角色,尤其在海洋環(huán)境觀測(cè)、海底地貌掃描、水下管道檢修、事故應(yīng)急、武器運(yùn)載、目標(biāo)偵查等領(lǐng)域廣受青睞。以魚類等海洋生物為仿生原型的水下機(jī)器人具有優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)靈活性、目標(biāo)隱蔽性和環(huán)境適應(yīng)性等諸多天然優(yōu)點(diǎn),能夠有效彌補(bǔ)常規(guī)螺旋槳?jiǎng)恿ν七M(jìn)所帶來的機(jī)械效率低、噪聲高、抗環(huán)境擾動(dòng)能力弱等短板,因此成為研究熱點(diǎn)。然而,與自然環(huán)境中的仿生原型相比,當(dāng)前的仿生機(jī)器在運(yùn)動(dòng)性能等方面依然相形見絀,多數(shù)表現(xiàn)得形似而神不似,究其根源,主要在于未能精準(zhǔn)、科學(xué)地認(rèn)識(shí)和利用仿生原型的運(yùn)動(dòng)機(jī)理�？梢�,解決這個(gè)矛盾的前提和有效科學(xué)路徑在于深入揭示海洋生物基于流體動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。魚類游動(dòng)等海洋生物的運(yùn)動(dòng)行為,本質(zhì)上是柔性結(jié)構(gòu)(軀體、翼、鰭等)與流體耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為。為此,本文從揭示仿生柔性結(jié)構(gòu)與流體耦合系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)機(jī)理的源頭展開研究,發(fā)展了一種適用于模擬柔性結(jié)構(gòu)與粘性流體耦合作用的數(shù)值方法,并基于該方法仿真研究了三個(gè)由自然界中的生物體-流體耦合運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象抽象而來的物理模型,包括多柔性板繞流系統(tǒng)、柔性板與彈性圓柱串列繞流...

【文章頁數(shù)】：173 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 流固耦合數(shù)值方法的概述
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 沉浸邊界法
        1.3.2 基于GPU的并行計(jì)算
        1.3.3 仿生魚類運(yùn)動(dòng)機(jī)理
        1.3.4 柔性板流致運(yùn)動(dòng)機(jī)理
    1.4 有待深入研究的問題
    1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 柔性結(jié)構(gòu)與流體耦合系統(tǒng)的數(shù)值方法研究
    2.1 引言
    2.2 流場(chǎng)控制方程
    2.3 流體域的數(shù)值模型
    2.4 結(jié)構(gòu)域的數(shù)值模型
        2.4.1 主動(dòng)變形結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型
        2.4.2 二維柔性板的數(shù)值模型
        2.4.3 三維柔性板的數(shù)值模型
    2.5 流體-結(jié)構(gòu)邊界耦合的數(shù)值模型
    2.6 算法的并行與實(shí)施
        2.6.1 并行框架
        2.6.2 并行策略
    2.7 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制
        2.7.1 循環(huán)式流固耦合水洞的研制
        2.7.2 DPIV流場(chǎng)可視化系統(tǒng)的研制
        2.7.3 SMA柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的研制
    2.8 數(shù)值方法的驗(yàn)證
        2.8.1 二維流場(chǎng)模擬的驗(yàn)證
        2.8.2 三維流場(chǎng)模擬的驗(yàn)證
    2.9 本章小結(jié)
第3章 雙柔性板流固耦合特性的研究
    3.1 引言
    3.2 物理模型
        3.2.1 串列雙柔性板繞流的物理模型
        3.2.2 并排雙柔性板繞流的物理模型
    3.3 數(shù)值仿真模型及其驗(yàn)證
    3.4 串列雙柔性板繞流的數(shù)值研究
        3.4.1 拍動(dòng)與阻力分析
        3.4.2 兩種耦合模式分析
    3.5 并排雙柔性板繞流的數(shù)值研究
        3.5.1 結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與受力
        3.5.2 三種耦合模式分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 柔性板與彈性圓柱耦合系統(tǒng)的數(shù)值研究
    4.1 引言
    4.2 物理模型
        4.2.1 柔性板置于圓柱下游的物理模型
        4.2.2 柔性板置于圓柱上游的物理模型
    4.3 數(shù)值仿真模型及其驗(yàn)證
    4.4 柔性板置于圓柱下游的數(shù)值研究
        4.4.1 柔性板長(zhǎng)度的影響
        4.4.2 約化速度的影響
        4.4.3 七種典型模式分析
    4.5 柔性板置于圓柱上游的數(shù)值研究
        4.5.1 板長(zhǎng)與間距的影響
        4.5.2 三種耦合模式分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 基于軀體主動(dòng)柔性變形的噴射推進(jìn)機(jī)理研究
    5.1 引言
    5.2 數(shù)值仿真模型及其驗(yàn)證
        5.2.1 數(shù)值仿真模型
        5.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建
        5.2.3 數(shù)值仿真模型的驗(yàn)證
    5.3 舒張時(shí)間對(duì)推進(jìn)性能的影響及其機(jī)理分析
        5.3.1 舒張時(shí)間對(duì)推進(jìn)性能的影響
        5.3.2 典型舒張時(shí)間下的運(yùn)動(dòng)與流場(chǎng)分析
    5.4 等待時(shí)間對(duì)推進(jìn)性能的影響及其機(jī)理分析
        5.4.1 等待時(shí)間對(duì)推進(jìn)性能的影響
        5.4.2 典型等待時(shí)間下的運(yùn)動(dòng)與流場(chǎng)分析
    5.5 波形系數(shù)對(duì)推進(jìn)性能的影響及其機(jī)理分析
        5.5.1 波形系數(shù)對(duì)推進(jìn)性能的影響
        5.5.2 典型波形系數(shù)下的運(yùn)動(dòng)與流場(chǎng)分析
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄A 仿生水母推進(jìn)性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建
附錄B 本文數(shù)值方法的其余應(yīng)用示例
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3792259