水下仿生推進機理——動力學與CFD分析

《水下仿生推進機理——動力學與CFD分析》是2022年清華大學出版社出版的圖書，作者是崔祚。

基本介紹

• 中文名：水下仿生推進機理——動力學與CFD分析
• 作者：崔祚
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2022年10月1日
• 定價：89 元
• ISBN：9787302615132

內容簡介

魚類以其快速、高效和高機動性的運動方式吸引了國內外研究者的關注，對其運動機理進行研究可為水下仿生航行器的設計及工程套用提供理論基礎。結合作者及所在課題組近年來的研究進展，本書詳細論述了水下仿生推進機理的動力學特性與數值模擬研究情況。

圖書目錄

第1章緒論

1.1研究背景

1.2魚類仿生學的研究內容

1.3複合波動推進魚類概述

1.3.1魚類推進模式分析

1.3.2魚類遊動性能評價

1.4仿生機器魚研究現狀

1.4.1剛性結構仿生機器魚

1.4.2柔性結構仿生機器魚

1.4.3剛柔耦合結構機器魚

1.5水下仿生機理研究現狀

1.5.1魚游水動力學理論研究

1.5.2魚游實驗研究

1.5.3魚游數值模擬研究

1.5.4魚體變剛度特性研究

1.6水下仿生技術難點

1.7本書主要內容

參考文獻

第2章波動推進魚類運動的復模態特徵

2.1引言

2.2波動推進魚類運動學分析

2.2.1複合波動運動的描述

2.2.2複合波動運動無量綱化

2.2.3魚類複合波動運動的討論

2.3波動運動對推進性能的影響

2.3.1遊動速度分析

2.3.2遊動效率分析

2.4魚類複合波動曲線復模態分析

2.4.1復模態分解方法

2.4.2樂錦䲁魚波動曲線的復模態分析

2.4.3虹鱒魚波動曲線的復模態分析

2.5魚類復模態特徵的影響因素

2.5.1離散間隔數的影響

2.5.2波動曲線波數的影響

2.5.3包絡線參數的影響

2.5.4魚體長徑比的影響

2.6波動推進運動的復模態特徵

2.6.1魚類遊動復模態分析

2.6.2行波係數與波長的關係

2.6.3行波係數與包絡線的關係

2.6.4魚類波動推進模式新分類——行波係數法

2.7本章小結

參考文獻

第3章波動推進魚類動力學建模

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

3.2.2魚類運動的離散模型

3.2.3魚類離散模型參數最佳化

3.3魚類遊動動力學模型

3.3.1遊動魚體建模分析

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魚體遊動動力學特性分析

3.4.1魚體模型參數

3.4.2魚體波特性分析

3.4.3激勵特性對遊動性能的影響

3.5本章小結

參考文獻

第4章魚類推進變剛度動力學特性

4.1引言

4.2魚類冗餘串並聯生理結構

4.2.1魚類的骨骼結構

4.2.2魚類的肌肉性能

4.2.3魚類骨骼、肌肉的串並聯結構

4.2.4魚體變剛度結構

4.3冗餘串並聯魚體結構模型

4.3.1魚體模型尺寸

4.3.2魚體模型質量與轉動慣量

4.4冗餘串並聯魚體剛度設計

4.4.1剛度設計方法

4.4.2串並聯結構變剛度分析

4.4.3冗餘串並聯結構魚體變剛度設計

4.5基於SimMechanics的魚游仿真分析

4.5.1魚游仿真模型

4.5.2仿真模型參數設定

4.5.3魚體包絡線的擬合

4.5.4變剛度魚體的遊動性能

4.6魚類變剛度特性實驗研究

4.6.1實驗方案

4.6.2結構設計與製造

4.6.3實驗結果分析

4.7本章小結

參考文獻

第5章魚類推進復模態動力學特性

5.1引言

5.2基於黏彈性梁的魚游模型

5.3柔性魚類復模態特性分析

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魚體波動曲線復模態的產生原因

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魚體復模態特性實驗研究

5.6本章小結

參考文獻

第6章模擬魚類遊動的數值方法

6.1引言

6.2流固耦合數值方法概述

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並行計算

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基於邊界重構的LSIB數值方法

6.5.1LSIB數值方法

6.5.2浸入物體升阻力的計算

6.6數值方法算例驗證

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數值方法的討論

6.7.1格線數的影響

6.7.2重複初始化次數的影響

6.8本章小結

參考文獻

第7章魚類遊動數值模擬研究

7.1引言

7.2魚類遊動CFD模型

7.2.1約束遊動魚體模型

7.2.2自由遊動魚體模型

7.3約束魚游模型的數值模擬

7.3.1擺動頻率對遊動性能的影響

7.3.2擺動幅值對遊動性能的影響

7.3.3行波係數對遊動性能的影響

7.4魚類尾跡渦街結構分析

7.4.1二維魚體的尾跡渦街結構

7.4.2三維魚體的尾跡渦街結構

7.5鰺科魚類自主遊動性能分析

7.5.1流體雷諾數對遊動性能的影響

7.5.2擺動幅值對遊動性能的影響

7.5.3行波係數對遊動性能的影響

7.6鰻鱺科魚類自主遊動性能分析

7.7魚體外形與擺動曲線匹配分析

7.7.1擺動曲線對遊動性能的影響

7.7.2魚類外形對遊動性能的影響

7.8本章小結

參考文獻

附錄魚類波動曲線生物學數據

參考文獻