仿生鲨鱼皮盾鳞的参数化三维建模技术*

doi:10.3901/JME.2016.23.182

机械工程学报 ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (23): 182-188.doi: 10.3901/JME.2016.23.182

扫码分享

仿生鲨鱼皮盾鳞的参数化三维建模技术^*

李大伟, 戴宁, 姜晓通, 张月, 程筱胜

南京航空航天大学机电学院南京 210016

出版日期:2016-12-05 发布日期:2016-12-05
作者简介:
李大伟，男，1989年出生，博士研究生。主要研究方向为数字化仿生建模、3D打印建模技术。
E-mail：davidlee_work@163.com
戴宁(通信作者)，男，1978年出生，博士，副教授。主要研究方向为数字化设计与制造、生物医学工程。
E-mail：dai_ning@nuaa.edu.cn
基金资助:
* 国家自然科学基金(51205192)、国家高技术研究发展计划(863计划SS2013AA040801-02)、江苏省科技支撑计划(BE2014009-3)和航空基金 (20151652024)资助项目; 20151214收到初稿，20160703收到修改稿;

3D Parametric Modeling Technique of Bionic Sharkskin Denticle

LI Dawei, DAI Ning, JIANG Xiaotong, ZHANG Yue, CHENG Xiaosheng

College of Mechanical and Electrical Engineering， Nanjing University of Aeronautics andAstronautics， Nanjing 210016

Online:2016-12-05 Published:2016-12-05

摘要/Abstract

摘要：

鲨鱼皮的减阻机制与其真实几何形态密切相关，针对目前仿生鲨鱼皮建模中参数化设计程度较低的问题，提出一种使用真实鲨鱼皮盾鳞数据进行参数化设计的几何建模方法。该方法将采集的鲨鱼皮μCT数据进行三维重建以获得盾鳞样本模型，并对盾鳞样本模型进行形态分析与参数定义。建立基于微分域网格变形算法驱动的参数化几何建模编辑系统，以实现盾鳞样本模型的几何形态设计。依据鲨鱼皮不同部位盾鳞模型的几何参数，实现了样本模型的参数化变形设计。试验结果表明该技术路线稳定可靠，变形设计过程无形态扭曲，最终结果能够反映鲨鱼皮不同部位盾鳞真实几何形态。

关键词: 参数化建模, 鲨鱼皮盾鳞, 网格编辑, 仿生设计

Abstract:

Drag reduction mechanism of the sharkskin is closely related to its real geometric structure. Owing to insufficient parametric design applied to bionic sharkskin modeling, a novel parametric modeling method is proposed to simulate the bionic structure based on the real denticle of sharkskin. The 3D denticle sample can be obtained by reconstructing the μCT data and parameter can be defined by analysing the morphology. Differential mesh deformation algorithm is used to establish the mesh editing system to design the morphologic structure of the denticle. Morphologic design can be realized based on the parameter of different part denticle of the sharkskin. The experiments present that the technical route is stable and reliable and non-distortion exist in the process of deformation design. Final results can reflect the real physical structure of different parts of the sharkskin.

Key words: mesh editing, parametric modeling, sharkskin denticle, bionics design

李大伟, 戴宁, 姜晓通, 张月, 程筱胜. 仿生鲨鱼皮盾鳞的参数化三维建模技术^*[J]. 机械工程学报, 2016, 52(23): 182-188.

LI Dawei, DAI Ning, JIANG Xiaotong, ZHANG Yue, CHENG Xiaosheng. 3D Parametric Modeling Technique of Bionic Sharkskin Denticle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(23): 182-188.

[1]	王金栋, 吴展扬, 谢宇鸿. 基于牛牙几何特征的仿生研磨副结构协同设计[J]. 机械工程学报, 2024, 60(19): 212-224.
[2]	黄家乐, 李萍, 邓亮明, 陈志鹏, 周伟, 向建化. 基于不对称流动阻力的热二极管设计及传热性能研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(18): 208-217.
[3]	孙雨欣, 蔡守宇, 张旭, 王珂. 基于自适应特征驱动法的散热结构拓扑优化设计[J]. 机械工程学报, 2024, 60(15): 346-357.
[4]	陈亮, 张活, 刘晓敏, 林章敏. 基于EQA和AD的产品仿生创新设计方法[J]. 机械工程学报, 2024, 60(1): 329-342.
[5]	王年文, 张立杰, 毕翼飞, 李原慧, 李鑫, 秦文静. 生物原型驱动的手功能康复产品仿生设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(11): 300-307.
[6]	陈明, 赵振宙, 孟令玉, 冯俊鑫, 江瑞芳, 玛尔瓦提·黑扎提. 涡流发生器参数化模型风力机叶段表面应用方法研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(8): 258-265.
[7]	赵聪, 祝毅, 张超, 蹤雪梅, 张晋, 何冰, 杨华勇. 增材制造液压集成阀块仿生结构设计[J]. 机械工程学报, 2021, 57(24): 139-146.
[8]	葛磊, 董致新, 李运华, 权龙, 张晓刚, 赵斌. 系列化液压挖掘机数字样机研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(14): 186-196.
[9]	罗仕鉴, 张宇飞, 边泽, 单萍. 产品外形仿生设计研究现状与进展[J]. 机械工程学报, 2018, 54(21): 138-155.
[10]	赵振宙, 严畅, 王同光, 沈文忠, 郑源, 许波峰. 考虑叶片相互影响风力机涡流发生器参数化建模[J]. 机械工程学报, 2018, 54(2): 201-208.
[11]	毛伟, 连芩, 李涤尘, 贾书海. 立体空心血管网水凝胶支架的3D打印工艺研究^*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(9): 180-186.
[12]	陈世嵬, 杜鹏飞, 李锐, 王小荣. 磁流变发动机悬置的参数化建模与辨识[J]. 机械工程学报, 2016, 52(8): 29-35.
[13]	江锦波, 彭旭东, 白少先, 李纪云. 仿生集束螺旋槽干式气体密封特性的数值分析[J]. 机械工程学报, 2015, 51(15): 20-26.
[14]	侯雨雷，汪毅，范建凯，胡鑫喆，曾达幸. 3-PCSS/S球面并联肩关节机构优化与仿生设计[J]. 机械工程学报, 2015, 51(11): 16-23.
[15]	连芩;李涤尘;朱林重;靳忠民. 复合材料支架的仿生界面设计与有限元优化方法[J]. , 2014, 50(4): 32-38.

仿生鲨鱼皮盾鳞的参数化三维建模技术^*

3D Parametric Modeling Technique of Bionic Sharkskin Denticle

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价