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仿生設計在汽車造型設計中的應用論文

時間:2022-07-02 23:48:57 愛車 我要投稿
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仿生設計在汽車造型設計中的應用論文

  從世界上出現(xiàn)第一臺汽車開始,仿生學就被應用在汽車的整體車型設計上,并一直作為國內(nèi)外汽車行業(yè)設計師們對于前沿車型的一種探索手段。而如今,對生物系統(tǒng)優(yōu)異的結(jié)構(gòu)、功能及形態(tài)進行研究并加以利用,已成為汽車設計與技術革命的新方向,是汽車設計創(chuàng)新與發(fā)展的源泉。

仿生設計在汽車造型設計中的應用論文

  1 仿生學的定義及意義

  仿生學是對生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、性狀及行為進行研究,并將這一特點應用于工程實踐中的一門學科,是一種基于生命科學、工程技術、物質(zhì)科學等領域的綜合性學科。

  大自然中的生物種類多樣,針對不同的氣候條件,各自有著不同的結(jié)構(gòu)與外形,以適應生存與繁衍。因此,我們在汽車設計時,要將目光投向大自然,從它們身上學到巧妙的方式和方法來解決我們在設計上遇到的問題,設計出具有形式獨特、功能新穎的汽車。

  2 仿生學的應用形式

  2.1 結(jié)構(gòu)仿生的意義及應用

  在對汽車產(chǎn)品進行設計時,采用結(jié)構(gòu)仿生的方法,參照自然生物的結(jié)構(gòu)原理,包含其運行及組織方式,再輔以當代的設計思維與工藝方法,創(chuàng)作出原始的自然形態(tài)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代時尚之美的結(jié)合體,這對于在汽車的整體結(jié)構(gòu)設計方面,具有積極的指導意義。

  仿生魚的脊背結(jié)構(gòu),其車身后半部參照魚的。階梯降。脊背,稱為魚型汽車。當魚兒在水中快速游動時,其身體階梯降處的脊背可儲存適量的水,如同水膜包裹全身,從而將魚與水間的摩擦形式轉(zhuǎn)變?yōu)樗c水的摩擦,降低了摩擦系數(shù)。因此,汽車設計師們采用同樣的原理,將汽車車身與空氣的摩擦形式,轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝馀c空氣的摩擦形式,從而降低了高速行駛時的汽車風阻系數(shù),達到了汽車節(jié)能的目的。另外,魚型汽車不僅在結(jié)構(gòu)上保留了船型汽車的視野開闊、車室寬大且舒適性好的優(yōu)點,還增加了行李艙的容積。

  2.2 功能仿生的意義及應用

  在汽車的結(jié)構(gòu)設計中,功能仿生的應用是比較普遍的現(xiàn)象,比較典型的例子是鷗翼式車門的設計,如圖2所示。汽車設計師們在對汽車的車門進行設計時,受到鳥類翅膀形式的啟發(fā),將常見的橫向車門開啟轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向開啟形式,其設計結(jié)構(gòu)獨特、新穎,就好像海鷗的翅膀,在提升汽車整體美觀性的同時,又減少了?繒r的占地面積。

  2.3 形態(tài)仿生的意義及應用

  生物所表現(xiàn)出來的形態(tài)是適應大自然而生存的一種演變過程,是對待自然屬性的一種外在表現(xiàn)形式,這與自然環(huán)境等因素密切相關。而對于形態(tài)仿生的設計研究,其主要是對自然界生物體的象征寓意與外部形態(tài)進行分析,再通過一定的設計和工藝處理方法將之應用到產(chǎn)品中。形態(tài)仿生設計可分為抽象形態(tài)仿生和具象形態(tài)仿生。

  抽象形態(tài)仿生設計,是在汽車設計師們對生物的形態(tài)進行分析后,采用聯(lián)想、組合再現(xiàn)等方法,將之轉(zhuǎn)變?yōu)閷ζ嚨男螒B(tài)設計上,讓人在心理、生理及情感上產(chǎn)生一定的呼應,從而達到汽車設計的意義與功能要求;具象形態(tài)仿生設計,通常是直接對生物的外形特征進行模仿的一種方式。這種設計形式在當今汽車的內(nèi)飾領域應用也較為廣泛,因為其具有很高的自然性、親和性及情趣性,所以易被人們接受。

  3 汽車仿生設計的流程及方法

  采用仿生學對汽車結(jié)構(gòu)進行設計,其流程可歸納為:明確生物的仿生體;分析生物體的外形與結(jié)構(gòu);簡化并提取生物體的特征曲線;將生物特征轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。

  3.1 明確生物的仿生體

  (1)對產(chǎn)品使用人群進行定位并開展調(diào)查研究,以調(diào)研信息作為選取仿生對象的基礎;(2)依據(jù)所定位人群的心理和生理特征,選擇該類人群所認知和喜歡的生物的類別;(3)將選擇的生物種類的特征與將要設計的汽車車型進行比較和分析后,找出兩者所具有的共同屬性;(4)在完成上述步驟后,再對生物進行比對、聯(lián)想并推理,從而找出最恰當?shù)姆律繕恕?/p>

  3.2 分析生物體的外形與結(jié)構(gòu)

  生物體的外形是展現(xiàn)在人類面前最直接的一種表現(xiàn)形式,而人類對生物外形的認知通常也只是依靠人的視覺。汽車設計師們要依據(jù)生物體的外部結(jié)構(gòu)形式,有效并合理地提取、簡化可利用的線條特征;而生物體的結(jié)構(gòu)特征,則不會直接展現(xiàn)在人們的面前,因此要對生物體的結(jié)構(gòu)進行進一步分析并加以利用,對生物進行解剖,這就涉及到解剖學、結(jié)構(gòu)力學等其他方面的知識。

  3.3 簡化并提取生物體的特征曲線

  對生物形態(tài)進行簡化,就是對生物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的數(shù)量進行篩選的過程,其簡化過程可分為兩個階段:提取生物的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)特征;進一步簡化并處理生物的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)特征,并生成生物形態(tài)的簡化式樣。第一階段的簡化目的是為了獲得與所設計產(chǎn)品的形態(tài)相關的主要生物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征,而大量排除次要的結(jié)構(gòu)特征;第二階段是對主要生物形態(tài)結(jié)構(gòu)特征中的局部特征進行刪減或更改,以此確保產(chǎn)品的形態(tài)設計與主要結(jié)構(gòu)特征吻合。最后再將簡化后的結(jié)果用于汽車產(chǎn)品形態(tài)的設計中去。

  3.4 將生物特征轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品

  在客觀地認知生物特征的基礎上,直觀并感性地思考生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、色彩、機理等特征,開展產(chǎn)品化的模擬式設計。通常在概括并提煉生物的特征后,針對不同的產(chǎn)品概念與構(gòu)成要素,直接在產(chǎn)品上體現(xiàn)生物的特征,也可采用替代、移植、借用等措施進行仿真、具象的模擬。直接模擬方式設計出的產(chǎn)品,其個性特征都會體現(xiàn)出生物的客觀性、自然性,在視覺上也會較為直觀地感知出仿生模擬的生物特征。

  在對汽車造型的生物形態(tài)進行模擬設計時,在滿足汽車造型的目標、功能、操作和材料等關鍵因素的同時,還要體現(xiàn)出生物的概念和形態(tài),而這兩個要素在汽車的造型過程中,很有可能出現(xiàn)矛盾現(xiàn)象。因此,在汽車造型仿生設計的準備階段,要在對目標設計產(chǎn)品的要素特征及概念特征進行充分的研究與分析后,確定設計的目標和方向,再有針對性地選取有可行性和仿生價值的生物形態(tài),做到從局部到整體、從外至內(nèi)都能完好地結(jié)合、協(xié)調(diào)一致,不得出現(xiàn)僅僅是形式上的相似或盲目性的仿生設計現(xiàn)象。

  4 結(jié)語

  隨著人們生活水平的提高,汽車存在的意義已經(jīng)不僅僅是在使用功能上,更多的使用者關注是汽車所帶來的心理感受。尤其是現(xiàn)如今生態(tài)環(huán)保概念的不斷提倡,汽車在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新過程中,采用仿生設計已經(jīng)成為必不可缺的方法。生物在自然界不斷演化,形態(tài)各異,它是一個永不枯竭的思維源泉,汽車行業(yè)工程師要依據(jù)仿生學的基本原理,合理地篩選并利用生物體的特征優(yōu)勢,轉(zhuǎn)化為汽車的結(jié)構(gòu)設計,從而創(chuàng)造出結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)良的汽車。

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