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有限元分析案例|Abaqus仿真软件带你领略更广阔的仿真技术和软体机器人世界!

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-06-06 | 705 次浏览 | 分享到:

现如今,软机器人和仿真技术正迅速发展中,但大家也许不太知道其实这两个领域有着不少交集。从自然中获取灵感是一个已经存在了一段时间的概念,回头看看海洋生物、蜘蛛和鸟类等生物是如何推动医疗设备、搜索和救援设备发展就知道了。这些创新制造,其实有许多是在仿真技术的帮助下进行改进的下面分享几个案例供大家参考,看看科学家们是如何利用SIMULIA工具Abaqus仿真软件来实现这些目的。

 

仿真软件 

 

案例一:以狮子模拟仿真机器人

马里亚纳狮子鱼,为其在马里亚纳海沟栖息地而得名迄今为止发现的生活在最深处的鱼,生活在水下26600英尺。像这样的深度是非常难以探索的,但一群科学家从狮子鱼那里获得了灵感,建造了一个柔体的游泳机器人,在马里亚纳海沟近36,000英尺的深度和约10,500英尺的中国南海成功进行了测试。

 

由于这种深度的水压非常高,任何软体生物都不太可能存活下来但这种狮子鱼非常柔软,当被带到水面时,实际上就会分解水压将它的身体结合到了一起。受狮子鱼设计的启发,科学家们创造了一个软机器人,其电子设备被封装在聚合物基质中。这个机器人也像狮子鱼一样,通过拍动鳍来移动。

 

狮子鱼 

 

科学家们使用Abaqus结构仿真软件创建了集中式和分散式电子设备的有限元分析模型,以减轻电子组件之间界面应力。科学家们还使用Abaqus仿真软件来模拟机器人的扑翼运动。

 

案例二:超快速软机器人

另一个案例的科学家开发了超快速软机器人,其动作同样也是受到大自然启发。软机器人的高速使它们能够抓住快速移动的物体,并对动态环境做出快速反应。这项研究中机器人能够行走,游泳,漂浮,运输货物,挤进比自己小的容器中,并能活抓个苍蝇

 

根据科学家的说法,这些机器人是使用磁性弹性体设计的,这使它们能够在大变形的情况下实现极快的驱动,甚至优于自然过程。其中一个机器人以花的形式出现,可以瞬间靠近苍蝇实现捕抓甚至还要比捕蝇草效率更高,更令人震惊的是,机器人竟然还能毫发无伤地放走这只苍蝇。除此以外,科学家们还设计出其他包括单臂、双臂、矩形和梯形机器人。

 

食蝇草 

 

科学家们利用Abaqus/Standard仿真软件来模拟磁性机器人的行为。他们还进行了一次实际演示,其中一个三角形的游泳机器人被插入并释放到一个狭窄的注射器中,全过程由磁场操纵。机器人在插入时,会将自己包裹起来,以适应狭窄的移液管。当释放到乙醇溶液中时,它就会恢复到一开始的初始尺寸并继续进行游泳。

 

案例三:蜘蛛网启发

第三个案例参考的是蜘蛛网。总所周知,蜘蛛网是出了名具有高张力强度和高效的能量吸收。科学家们一直在研究蜘蛛丝,以使其特性适应结构工程,这项特殊的研究使用Abaqus仿真软件进行有限元分析,以调查不完美蜘蛛网结构的大振幅自由振动的非线性特征。

 

蜘蛛网可能看起来很脆弱,但它们实际上非常坚固和灵活,在捕捉猎物时会发生巨大的变形,但仍保持完整。这项研究中的科学家们检查了这些蜘蛛网的线性和几何非线性行为,分析了四种不同的网络结构螺旋不完美蜘蛛网、径向不完美蜘蛛网、中心不完美蜘蛛网和圆环不完美蜘蛛网。

 

蜘蛛网 

 

根据这项研究,人们对采用蜘蛛网工程技术很感兴趣,特别是在国防和医学领域,应用包括显微镜、望远镜和炸弹制导系统。蜘蛛网可以吸收猎物或其他外力的动能,并耗散约70%的转换能量,这一概念可以应用于防弹防弹衣。蚕丝材料还可以制成可降解缝线,减少排异反应,帮助血液凝固。此外,蜘蛛丝结构还能提高纤维的强度和刚度,例如用于电梯绳索和高强度电缆的纤维。

 

以上就是一些利用Abaqus仿真软件研究自然界中发现的结构并将它们应用于工程的几个例子。科学家们不断努力创新,以提升研发的进度,利用SIMULIA的有限元分析软件,以帮助他们了解自然材料和机制的行为,并在创新中利用这种行为改善我们的生活。

 


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