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ES 240项目:用于微机械鱼的鳍设计分析
星期一，2006-11-13 23:40 -迈克尔·t·彼得利亚
我在微型机器人实验室进行我的研究。我将在这里为一条微机械鱼设计系统。实验室的一名研究人员一直在设计鳍状结构的原型。对于这个项目，我计划使用ABAQUS对她的设计进行分析和优化。这样做的必要性是显而易见的:由于在毫米尺度上工作的大小和惯性限制，重要的是不要过度设计系统。我们将在材料的极限附近工作。
我将要分析的鳍片利用形状记忆合金(SMA)与弹性材料保持恒定张力。当对SMA施加热量时(通过电流)，它就会恢复到记忆的形状。弹性材料用于在热量除去后将SMA从记忆形状中拉出。该设计要求在SMA和弹性材料连接的地方设置几个孔。我将研究这些区域的应力集中，包括在预应力状态下，以及对SMA施加热量时。然后我会对设计的极限提出建议(即孔的大小，从材料边缘的位置，最大的预应力等)。
翅片将由复合材料制成，使用预浸渍未固化环氧树脂的碳纤维。通过改变碳纤维层的排列，我们可以控制鳍的结构特性。我的项目将包括分析这些各向异性层的各种排列。
一篇描述复合材料在加州大学伯克利分校的微机械飞虫中的应用的文章的摘要和引用可以找到在这里．
我有一份这篇文章的复印本，如果有人想要的话。
我将使用的一本书作为参考纤维复合材料的微观结构设计作者:Tsu-Wei Chou
| 附件 | 大小 |
|---|---|
 MTPetralia_ES240_Presentation.ppt |
1.55 MB |
 MTPetralia_ES240_Paper_Analysis of a Fish Fin Design.pdf |
649.05 KB |
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评论
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模拟微机械鱼的鳍是一个有趣的话题。鳍由形状记忆合金和多层碳纤维复合材料制成。该系统由电能驱动，电能首先转化为热能，然后是机械能。我预计你在工作中有两大困难:
1)材料性质:形状记忆合金的本构行为不遵循线弹或塑性规律。这意味着你可能需要在ABAQUS中通过用户材料子程序(例如UMAT)实现形状记忆合金的属性。
2）形状记忆合金和层状碳纤维复合材料之间的相互作用:您提到它们是通过它们上面的孔连接的。由于两种材料的热膨胀系数不同，随着温度的变化会产生失配应力。孔洞的大小、数量和分布对残余应力场有重要影响。
评论
嘿，迈克，有一个人现在是哈佛大学的博士后，他做了很多关于鱼鳍的研究，鱼鳍的主动控制(因为鱼确实可以控制它们)，以及鱼如何变形它的鱼鳍来优化速度或升力等。他在纽约大学的时候做了一些非常好的工作，他的一篇论文是预印本，但你可以在他的网站上获得预印本:http://people.deas.harvard.edu/~alben/
在ESPCI(巴黎)也有一个小组实际上建造了一个微米级的游泳者，但我不确定他们在分析方面取得了多少进展。
希望这对你有所帮助……