大壁虎不同坡度运动力学与昆虫翼的仿生学研究

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南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所研制了大壁虎实验研究用的运动力学测试系统用于进行大壁虎在不同角度表面的运动学及动力学测试。本文对该系统进行改进,改进后的全空间动物运动反力测试仪,操作人员由原来的三人改为两人。摄像得到的图片中的光源均匀、传感器平台大小不变,有利于后面进行数字化的图片处理。通过传感器平台的改进能更容易地得到有效的实验,得到有效数据需进行的试验次数减小。传感器夹具的改进使得传感器的漂移更小,实验得出的数据更准确。   使用改进后的系统对大壁虎在45°到135°斜面上的运动进行测试,并对测试得到的数据进行处理、统计与分析。随着斜面角度由小增大,大壁虎的两只前脚掌由缓冲作用变化为驱动作用,大壁虎的两只后脚掌由驱动作用变化为维稳作用。四个脚掌会通过侧向力的内收与外撑变化来调节在不同斜面上运动时身体的侧向平衡。四个脚掌对重力在垂直接触面分力上的平衡,逐渐地由后脚掌起主要平衡作用转化为前脚掌起主要的平衡作用。随着斜面角度的改变,前后脚掌的作用发生变化,然而这种变化并非是在某一角度上产生的突变,而是随着角度增大,壁虎的一个渐变的协调控制的过程。   本文基于蝉真实的前翅翼样本,建立了前翅翼的几何结构模型,并通过选择适当的单元类型及设定特性参数,完成了仿蝉前翅翼的有限元建模。在此基础上,对仿生微扑翼飞行器机翼进行结构静态力学分析。文中的建模、分析方法及所得结论为仿生微扑翼飞行器机翼的设计、制作和应用提供了一定的理论依据。最后,根据有限元的分析,结合真实蝉前翅的外型、结构,利用Catia三维软件简单、初步地设计了仿生翅翼的几何模型,再将其生成的模型导入FDM360mc型三维立体打印机,得到了仿昆虫翅翼模型。
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