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仿生肋条宽深比对高负荷扩压叶栅性能影响
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作者 郭重佳 杨旭东 +2 位作者 韩吉昂 韩少冰 钟兢军 《工程热物理学报》 北大核心 2026年第3期832-844,共13页
基于鲨鱼皮表面微肋条结构的仿生学思想,采用经实验数据验证过的数值方法研究了叶片吸力面仿生肋条的宽深比对叶栅性能的影响规律及作用机制。结果表明,仿生肋条能减小叶片的压差阻力和黏性阻力,进而减小总压损失,叶栅总压损失系数随肋... 基于鲨鱼皮表面微肋条结构的仿生学思想,采用经实验数据验证过的数值方法研究了叶片吸力面仿生肋条的宽深比对叶栅性能的影响规律及作用机制。结果表明,仿生肋条能减小叶片的压差阻力和黏性阻力,进而减小总压损失,叶栅总压损失系数随肋条宽深比的增加先减小后增大。仿生肋条能诱导气流在不同条件下形成开放式或封闭式的驻留涡群。开放式驻留涡的激励作用提高了气流节距方向的速度分量,削弱了通道涡尺度。近失速攻角时形成的封闭式驻留涡群消耗了强分离流的动能并使其与主流的掺混效应减弱,压差阻力降低。另外,驻留涡也能将气流与壁面之间的滑动摩擦转化成气流之间的滚动摩擦,降低黏性摩擦损失。与原型叶栅相比,宽深比为2.00的仿生肋条叶栅使压差阻力减小5.75%,黏性阻力减小3.83%,总压损失系数减小8.39%。 展开更多
关键词 压气机 高负荷扩压叶栅 仿生肋条 湍流减阻 流动控制
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基于内肋结构的大型风力机叶片轻量化设计 被引量:1
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作者 范士杰 寿昊楠 +2 位作者 缪维跑 李春 岳敏楠 《热能动力工程》 北大核心 2025年第3期133-143,共11页
大型化风力机叶片质量的快速增加对系统结构提出诸多挑战,有必要针对风力机叶片开展轻量化设计。为此提出一种应用于风力机叶片的内肋结构,参考植物叶脉及飞机机翼建立4种不同内肋构型,结合铺层设计实现叶片轻量化,并对叶片在极端风况... 大型化风力机叶片质量的快速增加对系统结构提出诸多挑战,有必要针对风力机叶片开展轻量化设计。为此提出一种应用于风力机叶片的内肋结构,参考植物叶脉及飞机机翼建立4种不同内肋构型,结合铺层设计实现叶片轻量化,并对叶片在极端风况不同偏航角下结构性能进行分析以验证其可靠性。结果表明:相较于传统叶片,平行内肋叶片Ⅰ和Ⅱ分别减重2.81%与3.37%,而叶脉仿生内肋叶片Ⅰ和Ⅱ重量分别降低6.9%和7.7%,且所有叶片均能满足刚度、强度和稳定性的结构需求;相较于传统叶片,4种内肋结构叶片的挥舞位移均减小,摆振位移均增加;叶脉仿生内肋叶片的表面等效应力增大,平行内肋叶片表面等效应力减小;各内肋叶片腹板最大应力均增加,但并未超出材料极限强度;仿生叶脉内肋叶片屈曲因子降低,但总体仍满足稳定性要求。 展开更多
关键词 风力机叶片 内肋 轻量化 仿生 结构分析
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仿生肋条结构表面深松铲刃的磨料磨损特性 被引量:21
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作者 张金波 佟金 马云海 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期174-180,共7页
基于仿生学原理,将栉孔扇贝的瓣表面具有良好耐磨性能的棱纹形结构应用于深松铲刃的磨损表面结构设计中。采用65Mn和T10两种材料设计并制备3种仿生类型深松铲刃试验样件,并在土壤磨料作用下与普通平板型试验样件进行了对比磨料磨损试验... 基于仿生学原理,将栉孔扇贝的瓣表面具有良好耐磨性能的棱纹形结构应用于深松铲刃的磨损表面结构设计中。采用65Mn和T10两种材料设计并制备3种仿生类型深松铲刃试验样件,并在土壤磨料作用下与普通平板型试验样件进行了对比磨料磨损试验。结果表明:在不同的滑动速度下,65Mn、T10仿生试验样件比平板型样件的质量磨损量分别减小了17%~30%、13%~24%。肋条分布间距为1.5倍底宽的仿生试验样件的磨损量最低,T10样件的耐磨性优于65Mn。 展开更多
关键词 农业工程 仿生肋条 磨料磨损 深松铲刃 耐磨性
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基于王莲叶脉分布的机床横梁筋板结构仿生优化 被引量:22
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作者 赵岭 陈五一 马建峰 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期806-810,共5页
利用结构仿生的方法对 Lin MC6000型咙门加工中心横梁的筋板结构进行了优化设计。通过对王莲叶脉构型规律的分析,提出了3种仿生构型并利用 Optistruct 软件进行了有限元仿真验证。结果表明,相对于传统的平行均布筋板,最优仿生型筋板的... 利用结构仿生的方法对 Lin MC6000型咙门加工中心横梁的筋板结构进行了优化设计。通过对王莲叶脉构型规律的分析,提出了3种仿生构型并利用 Optistruct 软件进行了有限元仿真验证。结果表明,相对于传统的平行均布筋板,最优仿生型筋板的结构比刚度提高了17.36%,前4阶固有频率平均提高7.39%,体现了材料的优化分布和最大结构效能,并总结出横梁内部筋板设计的仿生学规律。这为突破机床构件的传统设计思路、实现结构轻量化提供了一种新方法。 展开更多
关键词 叶脉 仿生 筋板 比刚度 Optistruct
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高速机床工作台筋板的结构仿生设计 被引量:24
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作者 赵岭 陈五一 马建峰 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第7期871-875,共5页
针对高速机床工作台的轻量化设计要求,采用结构仿生的方法对其筋板布置方式和参数进行了优化。在分析轻质高效生物体结构的主要特点及其构型规律的基础上,总结出几条轻量化仿生设计准则,并根据结构仿生的基本方法提出工作台筋板的6种仿... 针对高速机床工作台的轻量化设计要求,采用结构仿生的方法对其筋板布置方式和参数进行了优化。在分析轻质高效生物体结构的主要特点及其构型规律的基础上,总结出几条轻量化仿生设计准则,并根据结构仿生的基本方法提出工作台筋板的6种仿生构型。利用Ansys的APDL程序分别确定最优参数,验证轻量化效果。结果表明:根据变形区域调整筋板分布形式,以及在最大变形梯度方向上设置对角筋能够实现结构比刚度效能的提高,为改变传统的筋板设计思路提供了一种新方法。 展开更多
关键词 仿生设计 筋板 比刚度 APDL
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基于叶脉分枝结构的飞机盖板结构仿生设计 被引量:11
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作者 刘良宝 陈五一 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1596-1600,共5页
针对薄壁件的轻量化设计要求,在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上,以飞机盖板原型为对象,应用结构仿生设计方法,对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计,利用ANSYS APDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行... 针对薄壁件的轻量化设计要求,在对王莲叶脉分枝结构形态和构型规律分析基础上,以飞机盖板原型为对象,应用结构仿生设计方法,对盖板内部的筋板分布形式进行结构仿生设计,利用ANSYS APDL参数化设计语言建立仿生型结构的参数化模型并进行筋板结构参数优化.有限元分析结果表明,相对于原型盖板,结构参数优化后的仿生型盖板质量减小,比强度结构效能有较大提高,静力学性能明显改善. 展开更多
关键词 叶脉 结构仿生 盖板 筋板分布 比强度效能
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肋条状仿生非光滑表面铸造成型方法 被引量:4
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作者 田丽梅 卜兆国 +2 位作者 陈庆海 李文渊 李新红 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期189-194,共6页
鲨鱼皮肤表面的肋条状(riblet)非光滑结构具有减阻功能,已经被证实,但这种仿生非光滑表面在复杂铸件表面上难以实现,严重制约了它在工程上的应用。该文以横截面为三角形的非光滑结构为例,以200QJ50-26型离心式水泵叶轮表面为载体,对仿... 鲨鱼皮肤表面的肋条状(riblet)非光滑结构具有减阻功能,已经被证实,但这种仿生非光滑表面在复杂铸件表面上难以实现,严重制约了它在工程上的应用。该文以横截面为三角形的非光滑结构为例,以200QJ50-26型离心式水泵叶轮表面为载体,对仿生非光滑表面一次铸造成型原理及工艺进行探讨。该工艺采用原料→切割成型→涂高温漆→粘贴→风干→修剪→成型→铸造的流程,尤其是高温漆的选择及涂抹对该成型工艺具有至关重要的作用。采用仿生非光滑表面一次铸造成型法能形成设计要求的三角形沟槽的尖角,而且在叶轮内部全流道能够形成非光滑表面,其适应于复杂零件非光滑表面的加工。 展开更多
关键词 仿生 铸造 减阻 非光滑 肋条状 工艺
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基于有限元的加工中心工作台筋板的仿生优化 被引量:1
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作者 项忠珂 李尚平 唐满宾 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2010年第11期98-100,共3页
仿照小麦、水稻等作物茎杆的结构对加工中心工作台的筋板进行了重新设计,并应用ANSYS软件的优化模块对筋板结构参数进行了优化;对原有模型和仿生的改进型做了在相同条件下的静力分析和模态分析;结果显示,后者在性能上比前者更好;改进型... 仿照小麦、水稻等作物茎杆的结构对加工中心工作台的筋板进行了重新设计,并应用ANSYS软件的优化模块对筋板结构参数进行了优化;对原有模型和仿生的改进型做了在相同条件下的静力分析和模态分析;结果显示,后者在性能上比前者更好;改进型的筋板总体积相比原模型的筋板总体积大幅减小。 展开更多
关键词 筋板 仿生 优化 有限元
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薄板结构的加强筋自适应成长设计法 被引量:26
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作者 丁晓红 李国杰 +1 位作者 蔡戈坚 山崎光悦 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1057-1060,共4页
在对自然界分枝系统形态的最优性及其成长机理的研究基础上,以薄板结构的加强筋分布设计为例,提出了一种自适应成长设计法。在给定的载荷及支撑条件下,薄板结构的加强筋从事先选定的一些“种子”出发,在有限元分析的基础上,遵循自适应... 在对自然界分枝系统形态的最优性及其成长机理的研究基础上,以薄板结构的加强筋分布设计为例,提出了一种自适应成长设计法。在给定的载荷及支撑条件下,薄板结构的加强筋从事先选定的一些“种子”出发,在有限元分析的基础上,遵循自适应成长规律,沿着能使结构整体刚度最大的方向成长。对一些典型的薄板结构进行了设计,设计结果表明所提出的方法比现有的设计方法简单而高效。 展开更多
关键词 加强筋分布 自适应成长 拓扑优化设计 仿生设计 最大刚度
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基于仿生设计学的内燃机活塞设计分析 被引量:3
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作者 吴明清 《内燃机与动力装置》 2006年第3期15-18,共4页
对壳类拱形结构与活塞的受力特点进行了相似性分析,并对带加强筋的拱形结构进行了计算分析,在顶部小面积压力载荷作用下,带加强筋的拱形结构活塞不但有较好的承载能力,而且应力分布比较均匀,不会形成大的应力峰值,同时还可以改善热量的... 对壳类拱形结构与活塞的受力特点进行了相似性分析,并对带加强筋的拱形结构进行了计算分析,在顶部小面积压力载荷作用下,带加强筋的拱形结构活塞不但有较好的承载能力,而且应力分布比较均匀,不会形成大的应力峰值,同时还可以改善热量的传递,降低温度,达到耐高负荷的目的,并且还可以减轻材料质量。 展开更多
关键词 仿生 拱形结构 加强筋 活塞 设计
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基于龟壳结构的深孔钻床床身筋板仿生优化设计 被引量:6
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作者 张莹 薄瑞峰 +1 位作者 郭晓南 沈兴全 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2018年第4期106-109,共4页
生物体的结构能够以轻质高效的材料分布满足较好的力学性能,为机床关键件的结构选型提供了1种新方法。针对Z8016深孔钻床床身传统的筋板布局,结合乌龟壳结构的构型规律,利用结构仿生的方法对其进行了优化设计。首先对原型床身进行了有... 生物体的结构能够以轻质高效的材料分布满足较好的力学性能,为机床关键件的结构选型提供了1种新方法。针对Z8016深孔钻床床身传统的筋板布局,结合乌龟壳结构的构型规律,利用结构仿生的方法对其进行了优化设计。首先对原型床身进行了有限元分析,根据其应力、变形云图结合龟壳结构的构型特点,确定了1种拱形与竖直筋板相结合的新型床身筋板结构,并对仿生结构进行了静力及模态分析。结果表明,相对于原结构,仿生型筋板结构的最大变形减少了11.11%,质量减少了6.44%,比刚度效能提高了18.88%,前5阶固有频率平均提高了3.27%,静动态性能均有显著提高,且实现了轻量化设计。 展开更多
关键词 深孔钻床 筋板 龟壳 结构仿生
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不同仿生散热筋的高速动车组制动盘温度场分析 被引量:7
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作者 黄晓华 商跃进 +2 位作者 王红 李振华 杨朋朋 《机械研究与应用》 2019年第1期37-41,共5页
为了提高高速动车组制动盘的散热性能及服役寿命,借鉴自然界中生物高效散热的特点,类比自然界中三种与生俱有的高效物质交换的生物特点,建立了三种可以提升散热效果、预防疲劳热损伤的带有仿生散热筋的高速动车组制动盘模型。依据摩擦... 为了提高高速动车组制动盘的散热性能及服役寿命,借鉴自然界中生物高效散热的特点,类比自然界中三种与生俱有的高效物质交换的生物特点,建立了三种可以提升散热效果、预防疲劳热损伤的带有仿生散热筋的高速动车组制动盘模型。依据摩擦功率法提出热流配比系数法,采用有限有软件ABAQUS分析了高速动车组从时速300 km/h紧急制动下三种带有仿生散热筋制动盘的温度的大小及变化规律,并与常规圆柱散热筋制动盘的结果进行了对比。结果表明,散热效果的优良次序依次是:螺旋型散热筋、板型散热筋、根型散热筋、圆柱散热筋。表面积增加导致的对流换热加剧是散热降温增强的的主要原因。上述分析为今后仿生散热筋在高速动车组制动盘高效率散热中的应用提供了参考依据。 展开更多
关键词 制动盘 仿生散热筋 热流配比系数法 温度场
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仿鲨鳃扰流结构的过渡段换热表面优化设计 被引量:1
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作者 郭昊添 徐涛 +3 位作者 梁逍 于征磊 刘欢 马龙 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1793-1798,共6页
借鉴长尾鲨鳃部呼吸作用时鳃弓的扰流特性及湍流发生机理,设计了带有肋式扰流结构的仿生换热表面,并建立了带有此仿生换热表面的过渡段双腔室模型。利用FLUENT仿真软件进行数值模拟,得到该过渡段冷却腔室内的温度场、速度矢量场及努塞... 借鉴长尾鲨鳃部呼吸作用时鳃弓的扰流特性及湍流发生机理,设计了带有肋式扰流结构的仿生换热表面,并建立了带有此仿生换热表面的过渡段双腔室模型。利用FLUENT仿真软件进行数值模拟,得到该过渡段冷却腔室内的温度场、速度矢量场及努塞尔数分布。采用全面试验设计建立了关于肋式扰流结构高度和宽度设计变量对换热表面的加权平均温度和最小压强的代理模型,通过粒子群优化算法获得此肋式扰流结构的最佳设计方案。结果表明,带有肋式扰流结构的仿生换热表面能够强化射流冲击冷却,可将过渡段冷却腔室内的冷却效率提升340%。 展开更多
关键词 工程仿生学 仿生换热表面 数值模拟 优化设计 肋式扰流结构
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新型仿生蜂窝结构的设计与耐撞性能分析 被引量:10
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作者 于鹏山 刘志芳 李世强 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期147-158,共12页
受自然界毛竹微观结构的启发,在传统圆管与六边形管的基础上引入内管及双菱形肋骨,通过拓扑衍生方法设计了两种新型仿生蜂窝结构。在此基础上利用有限元软件ABAQUS对新型仿生蜂窝的耐撞性进行数值模拟,研究了蜂窝单胞构型、蜂窝壁厚、... 受自然界毛竹微观结构的启发,在传统圆管与六边形管的基础上引入内管及双菱形肋骨,通过拓扑衍生方法设计了两种新型仿生蜂窝结构。在此基础上利用有限元软件ABAQUS对新型仿生蜂窝的耐撞性进行数值模拟,研究了蜂窝单胞构型、蜂窝壁厚、双菱形肋骨夹角对仿生蜂窝耐撞性能的影响。此外,基于超折叠单元理论,建立了仿生蜂窝结构的理论分析模型。结果表明:仿生蜂窝的面外压缩耐撞性能优于传统圆形蜂窝和传统六边形蜂窝。新型仿生六边形蜂窝的比吸能相比传统六边形蜂窝提高51.18%,压缩力效率提高53.14%。仿生蜂窝结构的平均压缩力理论预测结果与数值模拟结果吻合,两者间的误差均在10%以内。单胞构型为六边形的仿生蜂窝的耐撞性能优于圆形仿生蜂窝。适当增加仿生蜂窝壁厚或增大双菱形肋骨夹角,均有利于提高结构的耐撞性能。 展开更多
关键词 仿生蜂窝 双菱形肋骨 超折叠单元 比吸能
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鲨鱼盾鳞3D打印复制工艺研究 被引量:2
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作者 孙延刚 梁彦超 +1 位作者 郗昊 韩鑫 《塑料工业》 CSCD 北大核心 2017年第11期69-71,93,共4页
利用3D打印数字制造、堆积制造的技术优势,制作具有显著减阻效果的仿鲨鱼体表皮盾鳞肋条结构。根据已得到的单个盾鳞结构图,结合真实尺寸建模制造,利用Rhino软件数字建模单个盾鳞并阵列化,得到仿鲨鱼表皮三维模型。以尼龙、未来8000树脂... 利用3D打印数字制造、堆积制造的技术优势,制作具有显著减阻效果的仿鲨鱼体表皮盾鳞肋条结构。根据已得到的单个盾鳞结构图,结合真实尺寸建模制造,利用Rhino软件数字建模单个盾鳞并阵列化,得到仿鲨鱼表皮三维模型。以尼龙、未来8000树脂为3D打印线材,成功打印复制出具有鲨鱼盾鳞肋条结构的仿生阴、阳模板,为功能性生物表面的高精度、微尺度复制提供了新的思路方法。 展开更多
关键词 盾鳞肋条结构 3D打印技术 数字建模 仿生模板
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风力发电机组塔架的仿竹结构设计 被引量:1
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作者 魏泰 董付刚 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2023年第1期49-54,共6页
针对风力发电机组塔架高耸结构稳定性问题,结合仿生结构设计理论,将竹子纤维束引入塔架结构,研究通过仿竹结构设计提高塔架稳定性的方法.以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,采用层次分析法对竹子与塔架的相似度进行计算,验证生物选型的... 针对风力发电机组塔架高耸结构稳定性问题,结合仿生结构设计理论,将竹子纤维束引入塔架结构,研究通过仿竹结构设计提高塔架稳定性的方法.以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,采用层次分析法对竹子与塔架的相似度进行计算,验证生物选型的合理性.通过研究竹子纤维束特征与竹身稳定性的关系,设计出具有4根加劲肋的仿竹塔架.应用有限元数值分析方法对仿竹塔架和原型塔架的静态和动态效能进行分析,结果表明:仿竹塔架的塔顶位移和最大应力相较原型塔架分别降低了2.27%和13.48%,仿竹塔架前两阶固有频率相较原型塔架提升了1.31%和1.58%,仿竹塔架结构整体稳定性提升了1.4%.验证2 MW风力发电机组塔架仿竹设计的可行性可为后续塔架结构设计提供新的方法. 展开更多
关键词 仿生 结构设计 竹子 塔架 加劲肋
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起重机箱梁加劲肋轻量化仿生设计与分析
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作者 汤双清 罗晨 陈涛 《机械》 2023年第4期9-16,共8页
以桥式起重机箱梁及其内部加劲肋为研究对象,通过对桥式起重机箱梁与原型生物王莲的相似性分析与计算,模拟王莲背面的叶脉结构,对桥式起重机箱梁加劲肋部分进行了仿生设计,最后在极限工况下利用Workbench有限元仿真分析软件对原型与仿... 以桥式起重机箱梁及其内部加劲肋为研究对象,通过对桥式起重机箱梁与原型生物王莲的相似性分析与计算,模拟王莲背面的叶脉结构,对桥式起重机箱梁加劲肋部分进行了仿生设计,最后在极限工况下利用Workbench有限元仿真分析软件对原型与仿生型桥式起重机箱梁整体进行了有限元分析,并将结果作比较,发现仿生型箱梁加劲肋与原型箱梁加劲肋相比,仿生型加劲肋的质量在降低44.97%的情况下,箱梁的最大应力与最大挠度仅分别增大了6.88%和0.42%,仍满足许用要求,为与起重机箱梁同类型的结构创新设计提供了科学的参考。 展开更多
关键词 加劲肋 优化设计 仿生 有限元分析
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