[发明专利]一种三关节机器鱼流体力学数值模拟方法

摘要

本发明公开了一种三关节机器鱼流体力学数值模拟方法，本发明选定计算区域为三关节仿生机器鱼的10倍，网格划分采取结构体四面体，边界条件采用多重参考模型方法，进行数字模拟仿真分析。得出周期内，压力最大集中在头部和两侧，且当t＝1/4T和t＝3/4T时，即尾部进行甩尾最大幅度时，受到的压力最大，尾部水流也最大，推进力最大；依据仿真结果数据，找到了现实头部破损原因，及破损具体位置出现在嘴部前部，大约在其前部1/3处，为增加其承受力强度，在其鱼头嘴部内侧前1/3处设计三个支撑架，以改善头部破损现象。

主权项

1.一种三关节机器鱼流体力学数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，建立物理模型；所述三关节机器鱼包括鱼头、鱼身和鱼尾，鱼身包括固定部和摆动部，固定部内安装有用于控制机器鱼运动姿态、无线充电的控制机构，摆动部包括三个主驱动关节，分别为沿鱼身体长方向依次设置的第一主驱动关节、第二主驱动关节与第三主驱动关节，固定部一端与鱼头固定连接，另一端与第一主驱动关节固定连接，第一主驱动关节、第二主驱动关节与第三主驱动关节的长度比例为1:1:1.2；第二步，根据第一步得到的物理模型，确定该模型对周围环境的影响，确定计算区域，进行网格划分；将第一步得到的物理模型放于一定流速的水槽中进行流体仿真分析，通过Fluent软件仿真出具有周期内一定规律循环运动的三关节机器鱼在流动的水中的流场图和压力图，设定计算区域为三关节机器鱼大小的10倍，选用四面体网格；第三步，设置边界条件；假设三关节机器鱼所处实验环境的水流为恒定流，计算采用MRF法，把整个计算区域看成一个计算区域，计算三关节机器鱼周围的流体特性；第四步，把划分的网格图导入计算流体力学分析软件Fluent中，进行一系列的设置求解；设定初始条件：周期T＝2s，水速v＝0.5m/s，对周期内关键时刻做仿真分析，选取t＝0、t＝1/8T、t＝1/4T、t＝5/8T、t＝3/4T五个时刻的压力场图和速度流场进行分析；第五步，对数据进行选择分析处理，得出数字模拟分析结果。