水下仿生推進(jìn)機理：動力學(xué)與CFD分析

目錄

第1章緒論

1.1研究背景

1.2魚類仿生學(xué)的研究內(nèi)容

1.3復(fù)合波動推進(jìn)魚類概述

1.3.1魚類推進(jìn)模式分析

1.3.2魚類游動性能評價

1.4仿生機器魚研究現(xiàn)狀

1.4.1剛性結(jié)構(gòu)仿生機器魚

1.4.2柔性結(jié)構(gòu)仿生機器魚

1.4.3剛?cè)狁詈辖Y(jié)構(gòu)機器魚

1.5水下仿生機理研究現(xiàn)狀

1.5.1魚游水動力學(xué)理論研究

1.5.2魚游實驗研究

1.5.3魚游數(shù)值模擬研究

1.5.4魚體變剛度特性研究

1.6水下仿生技術(shù)難點

1.7本書主要內(nèi)容

參考文獻(xiàn)

第2章波動推進(jìn)魚類運動的復(fù)模態(tài)特征

2.1引言

2.2波動推進(jìn)魚類運動學(xué)分析

2.2.1復(fù)合波動運動的描述

2.2.2復(fù)合波動運動無量綱化

2.2.3魚類復(fù)合波動運動的討論

2.3波動運動對推進(jìn)性能的影響

2.3.1游動速度分析


2.3.2游動效率分析

2.4魚類復(fù)合波動曲線復(fù)模態(tài)分析

2.4.1復(fù)模態(tài)分解方法

2.4.2樂錦鳚魚波動曲線的復(fù)模態(tài)分析

2.4.3虹鱒魚波動曲線的復(fù)模態(tài)分析

2.5魚類復(fù)模態(tài)特征的影響因素

2.5.1離散間隔數(shù)的影響

2.5.2波動曲線波數(shù)的影響

2.5.3包絡(luò)線參數(shù)的影響

2.5.4魚體長徑比的影響

2.6波動推進(jìn)運動的復(fù)模態(tài)特征

2.6.1魚類游動復(fù)模態(tài)分析

2.6.2行波系數(shù)與波長的關(guān)系

2.6.3行波系數(shù)與包絡(luò)線的關(guān)系

2.6.4魚類波動推進(jìn)模式新分類——行波系數(shù)法

2.7本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)








第3章波動推進(jìn)魚類動力學(xué)建模

3.1引言

3.2魚類波動運動的離散化

3.2.1波動運動的離散基礎(chǔ)

3.2.2魚類運動的離散模型

3.2.3魚類離散模型參數(shù)優(yōu)化

3.3魚類游動動力學(xué)模型

3.3.1游動魚體建模分析

3.3.2魚體受力分析

3.3.3魚體運動求解——振型疊加法

3.3.4魚體運動求解——常微分方法

3.4魚體游動動力學(xué)特性分析

3.4.1魚體模型參數(shù)

3.4.2魚體波特性分析

3.4.3激勵特性對游動性能的影響

3.5本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)


第4章魚類推進(jìn)變剛度動力學(xué)特性

4.1引言

4.2魚類冗余串并聯(lián)生理結(jié)構(gòu)

4.2.1魚類的骨骼結(jié)構(gòu)

4.2.2魚類的肌肉性能

4.2.3魚類骨骼、肌肉的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)

4.2.4魚體變剛度結(jié)構(gòu)

4.3冗余串并聯(lián)魚體結(jié)構(gòu)模型

4.3.1魚體模型尺寸

4.3.2魚體模型質(zhì)量與轉(zhuǎn)動慣量

4.4冗余串并聯(lián)魚體剛度設(shè)計

4.4.1剛度設(shè)計方法

4.4.2串并聯(lián)結(jié)構(gòu)變剛度分析

4.4.3冗余串并聯(lián)結(jié)構(gòu)魚體變剛度設(shè)計

4.5基于SimMechanics的魚游仿真分析

4.5.1魚游仿真模型

4.5.2仿真模型參數(shù)設(shè)置

4.5.3魚體包絡(luò)線的擬合

4.5.4變剛度魚體的游動性能

4.6魚類變剛度特性實驗研究

4.6.1實驗方案

4.6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造

4.6.3實驗結(jié)果分析

4.7本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第5章魚類推進(jìn)復(fù)模態(tài)動力學(xué)特性

5.1引言

5.2基于黏彈性梁的魚游模型

5.3柔性魚類復(fù)模態(tài)特性分析

5.3.1魚體自由振動特性分析

5.3.2魚體強迫振動特性分析

5.3.3魚體波動曲線復(fù)模態(tài)的產(chǎn)生原因

5.4機械阻抗對魚類擺動曲線的影響

5.4.1魚體阻尼對擺動曲線的影響

5.4.2魚體剛度對擺動曲線的影響

5.5魚體復(fù)模態(tài)特性實驗研究

5.6本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)


第6章模擬魚類游動的數(shù)值方法

6.1引言

6.2流固耦合數(shù)值方法概述

6.2.1流固耦合分析

6.2.2浸入邊界法分類

6.3不可壓NavierStokes方程求解

6.3.1控制方程

6.3.2亞格子應(yīng)力模型

6.3.3空間離散

6.3.4時間離散

6.3.5壓力方程

6.3.6邊界條件

6.3.7MPI并行計算

6.4浸入邊界描述方法

6.4.1拉格朗日界面描述方法

6.4.2Levelset界面描述方法

6.5基于邊界重構(gòu)的LSIB數(shù)值方法

6.5.1LSIB數(shù)值方法

6.5.2浸入物體升阻力的計算

6.6數(shù)值方法算例驗證

6.6.1靜止圓柱繞流

6.6.2靜止圓球繞流

6.6.3強迫振動圓柱繞流

6.6.4圓柱渦激振動

6.6.5圓球的自由下落

6.7LSIB數(shù)值方法的討論

6.7.1網(wǎng)格數(shù)的影響

6.7.2重復(fù)初始化次數(shù)的影響

6.8本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)


第7章魚類游動數(shù)值模擬研究

7.1引言

7.2魚類游動CFD模型

7.2.1約束游動魚體模型

7.2.2自由游動魚體模型

7.3約束魚游模型的數(shù)值模擬

7.3.1擺動頻率對游動性能的影響

7.3.2擺動幅值對游動性能的影響

7.3.3行波系數(shù)對游動性能的影響

7.4魚類尾跡渦街結(jié)構(gòu)分析

7.4.1二維魚體的尾跡渦街結(jié)構(gòu)

7.4.2三維魚體的尾跡渦街結(jié)構(gòu)

7.5鲹科魚類自主游動性能分析

7.5.1流體雷諾數(shù)對游動性能的影響

7.5.2擺動幅值對游動性能的影響

7.5.3行波系數(shù)對游動性能的影響

7.6鰻鱺科魚類自主游動性能分析

7.7魚體外形與擺動曲線匹配分析

7.7.1擺動曲線對游動性能的影響

7.7.2魚類外形對游動性能的影響

7.8本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

附錄魚類波動曲線生物學(xué)數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)