Численное моделирование движения клиновидного двухмассового виброробота в вязкой жидкости
Автор: Нуриев Артем Наилевич, Захарова Ольга Сергеевна
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.9, 2016 года.
Бесплатный доступ
В работе рассматривается поступательное движение двухмассовой механической системы, помещенной в вязкую несжимаемую жидкость. Система состоит из замкнутого клиновидного цилиндрического корпуса и подвижной внутренней массы, совершающей внутри него гармонические колебания вдоль продольной оси. Перемещения внутренней массы приводят в движение как саму систему, так и окружающую жидкость. В силу несимметрии формы корпуса при смещении вперед вершиной и вперед основанием вызывается различная реакция внешней среды и обеспечивается направленное поступательное движение системы в жидкости. Описанная механическая система имитирует виброробот - мобильное устройство, способное перемещаться в жидкости без подвижных внешних частей. Задача взаимодействия робота с вязкой жидкостью решается с использованием прямого численного моделирования. Исследования проводятся в диапазоне низких чисел Рейнольдса (Re
Виброробот, численное моделирование, режимы движения, вязкая жидкость, уравнение навье-стокса
Короткий адрес: https://sciup.org/14320793
IDR: 14320793 | УДК: 532.5 | DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.1.1
Numerical simulation of the motion of a wedge-shaped two-mass vibration-driven robot in a viscous fluid
The translational motion of a two-mass mechanical system in a viscous incompressible fluid is considered. The system consists of a closed wedge-shaped body placed in a liquid and a movable internal mass oscillated harmonically inside the shell. The motion of the whole system is ensured by the periodic oscillations of the internal mass. The asymmetry in the shell shape generates different reactions of the fluid at different phases of motion (forward and backward), providing the directional translational motion of the system in the liquid. The described mechanical system simulates a vibration-driven robot - a mobile device able to move in the fluid without moving external parts. The problem of an interaction between the robot and the viscous fluid is solved using direct numerical simulation. Studies are carried out in a range of low Reynolds numbers (Re
Список литературы Численное моделирование движения клиновидного двухмассового виброробота в вязкой жидкости
- Гулиа Н.В. Инерция. -М.: Наука, 1982. -150 с.
- Черноусько Ф.Л. О движении тела, содержащего подвижную внутреннюю массу//ДАН. -2005. -Т. 405, № 1. -С. 56-60.
- Черноусько Ф.Л. Анализ и оптимизация движения тела, управляемого посредством подвижной внутренней массы//ПММ. -2006. -Т. 70, № 6. -С. 915-941.
- Черноусько Ф.Л. Оптимальные периодические движения двухмассовой системы в сопротивляющейся среде//ПММ. -2008. -Т. 72, № 2. -С. 202-215.
- Болотник Н.Н., Фигурина Т.Ю., Черноусько Ф.Л. Оптимальное управление прямолинейным движением системы двух тел в сопротивляющейся среде//ПММ. -2012. -Т. 76, № 1. -С. 3-22.
- Болотник Н.Н., Фигурина Т.Ю. Оптимальное управление прямолинейным движением твердого тела по шероховатой плоскости посредством перемещения двух внутренних масс//ПММ. -2008. -Т. 72, № 2. -С. 216-229.
- Zimmermann K., Bohm V., Zeidis I. Vibration-driven mobile robots based on magneto-sensitive elastomers//IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), 3-7 July, 2011. -P. 730-735.
- Akbarimajd A., Sotoudeh N. Design and motion analysis of vibration-driven small robot Rizeh//Adv. Robotics. -2014. -Vol. 28, no. 2. -P. 105-117.
- Егоров А.Г., Захарова О.С. Оптимальное по энергетическим затратам движение виброробота в среде с сопротивлением//ПММ. -2010. -Т. 74, № 4. -С. 620-632.
- Егоров А.Г., Захарова О.С. Оптимальное квазистационарное движение виброробота в вязкой жидкости//Изв. ВУЗов. Математика. -2012. -№ 2. -C. 57-64.
- OpenFOAM User Guide, version 2.2.1. http://www.openfoam.org/docs/user/(дата обращения: 11.11.2015).
- http://openfoamwiki.net/index.php/Main_Page (дата обращения: 11.11.2015).
- https://unihub.ru/about (дата обращения: 11.11.2015).
- Jasak H. Error analysis and estimation for the finite volume method with applications to fluid flows/PhD thesis. -London: Imperial College, University of London, 1996. -394 p.
- Jasak H., Weller H.G., Gosman A.D. High resolution NVD differencing scheme for arbitrarily unstructured meshes//Int. J. Numer. Meth. Fluids. -1999. -Vol. 31, no. 2. -P. 431-449.
- Versteeg H.K., Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics. The finite volume method. -New York: Longman, 1995. -257 p.
- Нуриев А.Н., Зайцева О.Н. Решение задачи об осциллирующем движении цилиндра в вязкой жидкости в пакете OpenFOAM//Вестник Казанского технологического ун-та. -2013. -Т. 16, № 8. -С. 116-123.
- Issa R.I. Solution of the implicitly discretised fluid flow equations by operator-splitting//J. Comput. Phys. -1985. -Vol. 62, no. 1. -P. 40-65.
- Behrens T. OpenFOAM's basic solvers for linear systems of equations.
- Zeitoun O., Ali M., Nuhait A. Convective heat transfer around a triangular cylinder in an air cross flow//Int. J. Therm. Sci. -2011. -Vol. 50, no. 9. -P. 1685-1697.
- De A.K., Dalal A. Numerical simulation of unconfined flow past a triangular cylinder//Int. J. Numer. Meth. Fl. -2006. -Vol. 52, no. 7. -P. 801-821.
- Martinez G. Caractéristiques dynamiques et thermiques de l’écoulement autour d’un cylindre circulaire à nombre de Reynolds modéré/Thèse de Docteur-Ingénieur. -Institut National Polytechnique de Toulouse, 1979.
