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刘春宝
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教授 [MORE]

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Profile:

      刘春宝,河北徐水人,吉林大学机械与航空航天工程学院教授、博士生导师,吉林大学工程仿生教育部重点实验室仿生健康方向研究骨干,吉林省享受政府津贴专家(省突出贡献专家)。国际仿生工程学会会员、中国机械工程学会流体传动与控制分会委员、中国力学学会流体控制工程专业委员会委员、中国农业机械学会地面机器系统分会委员、上海康复辅具与老年福祉产业技术创新战略联盟理事。

       近5年,面向国家重大战略需求和国际科学与技术前沿,承担国家重点研发计划、自然科学基金、教育部装备联合基金、军委科技委国防创新特区等20多项国家级、省部级项目(可支配累计经费1650万)。为加强战略性、全局性、前瞻性问题研究,师法自然,以人为本,以生物体功能结构为研究对象,基于其特征原理形成仿生设计优化与先进制造等综合技术体系,实现了典型复杂机电液系统设计-传动-驱动-先进制造一体化调控,发表论文50多篇,获2020年吉林省科技进步一等奖与2019年度中国机械工业科技进步二等奖各1项(均排名第1)。

      主要的研究工作包括:

     (1)以蜘蛛等生物体内液压系统高效驱动,结构紧凑、稳定可靠等优点为灵感,建立了从生物到工程样机功能移植与复制的生物原型解析、功能模型设计、样机制造与集成等仿生设计技术体系。揭示了捕鱼蛛内部流动规律和外部运动学、动力学特征相结合的液压系统运行机制与驱动机理;明确了液压驱动模式的模块组成,掌握运动行为变化过程中驱动模式的快速切换原理;掌握了蜘蛛液压驱动技术,以其为依据行功能仿生,实现捕鱼蛛液压系统生物模型构建,高效再现捕鱼蛛液压系统的卓越性能,实现高效灵活、双向动作的仿生蜘蛛关节和仿生多足蜘蛛机器人设计。这一工作获国家自然基金面上项目、军委科技委创新特区项目、装备预研教育部联合基金资助。

    (2)基于人体生物力学研究实现仿生智能下肢假肢设计。解析人体膝踝关节功能结构特征,揭示人体膝踝关节运动协同与能量调控机制,揭示人体下肢系统的能量传输和管理机制,提出下肢假肢结构功能一体化仿生设计原理,实现下肢假肢仿生结构创新设计。膝踝结合,提出下肢假肢仿生驱动原理,实现主被动混合、膝踝一体化及系统能量回收的高效驱动系统开发,实现膝踝关节协同的高效仿生驱动系统设计制造,突破假肢高能耗顽疾,实现假肢具有正常行走、上/下楼梯、上/下楼、起/坐、快步走8种运动模式满足日常生活需求。实现运动自然与环境适应性强的膝踝关节结构仿生设计技术与高效自适应膝踝一体化下肢假肢仿生驱动技术突破。获国家重点研发计划项目资助。

     (3)以骨骼肌高柔顺性、高驱动力、自动变速等优异力学特性为蓝本,实现适应性强的仿骨骼肌柔性驱动器设计。基于人体骨骼肌组成结构、构型和材料特性,揭示肌纤维收缩和旋转带动结缔组织发生形态变化的驱动和传动机理,实现一种基于肌纤维致动的柔性驱动器开发。系统提出一体化软体驱动器的设计建模集成制造方法,以驱动单元作为肌纤维,柔性基质作为结缔组织,驱动单元并行排列于柔性基质中。通过仿生结构和材料设计,实现驱动器低负载收缩期间以速度优势输出,高负载收缩期间以力优势输出,实现自动变速。采用超声测试技术方法获取肌纤维构型,开发高度拟人化仿半膜肌柔性驱动器,通过结构-构型-材料的耦合设计,获取优异的力-长度和力-速度特性,实现驱动器拥有与骨骼肌相似的固有自稳定性和对外界扰动的鲁棒性。驱动应力可与骨骼肌相媲美(0.32MPa),提升载荷40kg,具有220倍重量的提升能力。获国家自然基金面上项目、国家自然基金共融机器人重大研究计划重点项目资助。

   (4)基于植物叶片、昆虫翅膀与复眼、鱼类鳞片、鸟类羽毛等超疏水结构为仿生模本,以绕流叶片边界层控制实现减阻、增效、节能为目标,实现仿生超疏水/超疏油、低粘附、减阻多功能耦合仿生叶片设计,并建立了形态-结构-功能仿生模型,基于3D打印与精密超微纳机械加工技术结合,实现仿生超疏水/超疏油、低粘附、减阻多功能耦合表面设计与制备,揭示仿生表面功能原理与仿生多功能表面流体减阻、增效原理,实现低成本、高功效、绿色、节能、可持续仿生超疏水/超疏油、低粘附、减阻多功能耦合表面新技术与新工艺,在流体机械叶片、机械传动部件等获得应用。获吉林省科技发展计划重点科技攻关项目及一汽解放、广西柳工机械、杭州前进齿轮箱集团等企业资助与合作。

    (5)通过表征自然界中海星、鳐鱼等生物的自适应变刚度躯体结构和材料特性,实现变刚度智能材料仿生设计。揭示其多级变刚度自适应控制的结构功能原理,揭示仿生柔顺变刚度材料和结构的设计原理,形成基于仿生变刚度材料的柔性驱动器设计原理和制造方法,突破生物自适应变刚度驱动一体化功能结构与材料之间的高效映射关系,建立相似性参量关联。基于形状记忆聚合物与水凝胶的4D打印方法,实现仿生柔顺材料外部刺激后形状和刚度变化,实现仿生智能变刚度材料驱动器自适应融合精准可控制造,建立柔性机器人柔顺机构学和仿生设计制造等方面的理论基础。获国家自然基金面上项目、国家自然基金共融机器人重大研究计划重点项目资助。


每年招收博士研究生1-2名,硕士研究生6名。

欢迎机械、电子、材料背景博士后加盟!

研究方向:

 长期致力于流体传动与控制研究,主要研究兴趣包括:

Ø  仿生流体驱动及软体机器人

Ø  仿生健康及服务机器人

Ø 复杂机电系统集成与智能化

Ø  车辆液力传动

Ø  复杂流动数字模拟与传热机理


奖励:  

Ø 2020年吉林省科技进步一等奖,第一完成人

Ø  2019年度中国机械工业科技进步二等奖,第一完成人

Ø  获批吉林省第十六批享受政府津贴专家(省突出贡献专家)

主持的科研项目:

    纵向(源自国家经费)

Ø  科技部国家重点研发计划,膝踝一体化仿生智能下肢假肢关键技术与应用研究,任务(课题)负责人,2019-2022

Ø  国家自然科学基金“共融机器人”重大研究计划重点项目,仿生拉压体双足机器人原理与关键技术,子项目负责人,2019-2022

Ø  军委科技委国防科技创新特区先进仿生系统项目,仿生蜘蛛机器人系统设计与开发,2018-2022

Ø  军委科技委国防科技创新特区先进仿生系统项目,高机动仿生蜘蛛机器人研究,2017-2018

Ø  国家自然科学基金面上项目,捕鱼蛛液压传动运行机制与驱动机理及仿生驱动系统研究,2017-2020

Ø  教育部装备联合基金,快速机动跨介质智能仿生液压驱动系统开发,2018-2019

Ø  吉林省科技厅重点科技攻关项目,绕流叶片仿生超疏水/超疏油、减阻多功能耦合设计与制备关键技术,2017-2019

Ø  工信部“强基计划”项目,大功率工程机械机电液控制自动换档变速器换挡控制系统开发,2015-2017

Ø  科技部“863计划”先进制造技术领域主题项目,面向土方机械动力总成全生命周期 设计关键技术,2014-2016,吉林大学分项负责人

Ø  长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室开放基金,液力变矩器仿生超疏油低粘附叶片 关键技术研究,2017-2019

Ø  中国博士后科学基金一等资助,2016-2018

    横向(源自企业委托):

Ø  吉林省东元精密机械有限公司,智慧产业园公共服务云平台开发 ,2018-2019

Ø  杭州鸿立机械有限公司,薄膜包装自动化成套设备开发,2019-2020

Ø  杭州申发电气有限公司,电气物联信息系统,2018-2019

Ø  杭州杰牌传动科技有限公司,“JRWXF01电梯驱动主机”优化设计 ,2018-2019

Ø  浙江中新电力发展集团有限公司,智能云平台能源管控软件开发,2019-2020

发表主要论文、著作情况:

主要论文

2019

Ø Cai W, Li Y, Chunbao Liu*. Comparative Study of Scale-resolving Simulations for Marine-Propeller Unsteady Flows[J]. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2019, 100: 1-11. IF=4.127

Ø Wang J, Ma W, Li X, Chunbao Liu*et al. Slip theory-based numerical investigation of the fluid transport behavior on a surface with a biomimetic microstructure[J]. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 2019, 13(1): 609-622. IF=2.163

Ø Chunbao Liu, Chen S, Sheng C, et al. The art of a hydraulic joint in a spider’s leg: modelling, computational fluid dynamics (CFD) simulation, and bio-inspired design[J]. Journal of Comparative Physiology A, 2019: 1-14. IF= 1.882

Ø Chunbao Liu, Wang Y, Ren L, et al. A Review of Biological Fluid Power Systems and Their Potential Bionic Applications[J]. Journal of Bionic Engineering, 2019, 16(3): 367-399. IF=2.463

Ø Chunbao Liu, Zhu L, Li J, et al. Fabrication of superhydrophobic bionic surface integrating with VOF simulation studies of liquid drop impacting[J]. Microscopy research and technique, 2019, 82(5): 615-623. IF=1.327

Ø Tan Y, Li J, Li Y, Chunbao Liu*et al. Improved Performance Prediction of Marine Propeller: Numerical Investigation and Experimental Verification[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2019, 2019. IF=1.179

Ø Sun J, Liu Q, Liang Y, Chunbao Liu* et al. Three-dimensional VOF simulation of droplet impacting on a superhydrophobic surface[J]. Bio-Design and Manufacturing, 2019, 2(1): 10-23. ESCI

2018

Ø  Bu W, Shen G, Qiu H, Chunbao Liu*,Investigation on the dynamic influence of thermophysical properties of transmission medium on the internal flow field for hydraulic retarder; International Journal of Heat and Mass Transfer; 126: 1367-1376. 2018, IF=3.981

Ø  Zhihui Qian,Mingming Yang,Liang Zhou,Jing Liu,Riaz Akhtar, Chunbao Liu *,Yan Liu,Luquan Ren,Lei Ren,Structure, mechanical properties and surface morphology of the snapping shrimp claw;Journal of Materials Science;15 10666-10678; 2018, IF=2.993

Ø  Chubao Liu* , Chuang Sheng, Hualong Yang ,Zhe Yuan, Design and Optimization of Bionic Janus Blade in Hydraulic Torque Converter for Drag ReductionJournal of Bionic Engineering;1;160-172; 2018IF=2.325

Ø  Chunbao Liu, Li J, Bu W, et al. Large eddy simulation for improvement of performance estimation and turbulent flow analysis in a hydrodynamic torque converterEngineering Applications of Computational Fluid Mechanics12(1): 635-651; 2018, IF=1.918

Ø  Chunbao Liu * , Ling Zhu, Weiyang Bu , Yunhong Liang,Superhydrophobic surfaces: From nature to biomimetic through VOF simulation;Micron;94-100; 2018, IF=1.728

Ø  Zhao Q, Lin Z, Liang Y, Chunbao Liu *Zhihui Zhang  Zhenglei Yu  Luquan Ren. , Microstructure characteristics and mechanical properties of Meretrix lusoria shell; Microscopy research and technique 2018, IF=1.087

Ø  刘春宝,陈山石,盛闯,钱志辉,任露泉,任雷.蜘蛛生物液压驱动原理研究及其功能仿生探索[J/OL].吉林大学学报(工学版)

2017

Ø  Chunbao Liu *,Weiyang Bu, Dong Xu, Multi-objective shape optimization of a plate-fin heat exchanger using CFD and multi-objective genetic algorithm ;International Journal of Heat and Mass Transfer;65-82; 2017, IF=3.981

Ø  Chunbao Liu * ,Weiyang Bu, Tongjian Wang, Numerical investigation on effects of themophysical properties on fluid flow in hydraulic retarder; International Journal of Heat and Mass Transfer;1146-1158; 2017, IF=3.981

Ø  Chunbao Liu *, Weiyang Bu, Dong Xu ,Yulong Lei , Xuesong Li, Application of Hybrid RANS/LES turbulence models in rotor-stator fluid machinery A comparative study; International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid  Flow;12;2717-2743; 2017, IF=2.450

Ø  Chunbao Liu, Zhixuan Xu ,Wenxing Ma* ,Songlin Wang, CFD investigating medium temperature influences on performance prediction and structure stress calculation in hydrodynamic torque converter;Numerical Heat Transfer Part A:Applications;7;563-578; 2017, IF=2.450

Ø  Wei C , Yuan L , Xingzhong L , Chunbao Liu*. Numerical Investigation of Fluid Flow and Performance Prediction in a Fluid Coupling Using Large Eddy Simulation. International Journal of Rotating Machinery, 2017

Ø  马文星,刘浩,刘春宝*. 液力调速风电机组变速恒频双模控制[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2017(3).

Ø  马文星,刘浩,刘春宝*. 液力调速风电机组的传动系统特性分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2017(5).

Ø  刘春宝,李静,徐东. 液力变矩器闭锁过程仿真与不同摩擦副热固耦合分析[J]. 液压气动与密封, 2017, 37(12):1-4.

2016

Ø  Chunbao Liu, Li Li, Yulong Lei* ,Changsuo Liu, Yubo Zhang, Drag reduction and performance improvement of hydraulic torque converters with multiple biological characteristics; Applied Bionics and Biomechanics;1;3641-3651; 2016, IF=1.769

Ø  马文星, 葛林杉, 刘春宝*, et al. 基于动态充油过程联合仿真的液力缓速器控制系统优化[J]. 北京理工大学学报, 2016, 36(1):1-7.

Ø  马文星, 冀龙飞, 许文, 刘春宝*. 连续可变能容双泵轮液力变矩器的设计及分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2016, 44(3):36-43.

Ø  马文星, 刘浩, 刘春宝*. 导叶可调式液力变矩器流场模拟与 PTV 验证[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2016, 37(3).

Ø  刘春宝*, 刘长锁, 马文星, et al. 基于鱼体结构的仿生型液力变矩器叶片环量分配规律[J]. 北京理工大学学报, 2016, 36(9).

Ø  袁哲, 周茜茜, 刘春宝*, et al. 基于BEM理论的兆瓦级风力机叶片设计及其气动性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(4).

Ø  袁哲, 徐东, 刘春宝*, et al. 基于热流固耦合过程的液力缓速器叶片强度分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5).

2015

Ø  Chunbao Liu Dong Xu, Wenxing Ma*, Zhe Yuan , Xuesong Li, Analysis of Unsteady Rotor-Stator Flow with Variable viscosity Based on Experiments and CFD Simulations; Numerical Heat  Transfer,PartA:Application;12;1351-1361; 2015, IF=2.409

Ø  Chunbao Liu ,Changsuo Liu, Wenxing Ma*, Rans,detached Eddy simulation and large Eddy simulation of internal Torque converters flows:A comparative study; Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics;1;114-125; 2015, IF=1.918

Ø  Chunbao Liu, Liu C, Ma W. ,Mathematical Model for Elliptic Torus of Automotive Torque Converter and Fundamental Analysis of Its Effect on Performance ; Mathematical Problems in Engineering;2015, IF=1.145

Ø  Chunbao Liu, Linshan G, Wenxing M, et al , Multi-objective Optimization Design of Double-Row Blades Hydraulic Retarder with Surrogate Model;Advances in Mechanical Engineering 2015, IF=0.848

Ø  Chunbao Liu; Tan, Y; Ma, W.X; et al. Die compensation method of hydraulic torque converter blade based on forming simulation and spring-back prediction. Materials Research Innovations, 2015, IF=0.83

Ø  Chunbao Liu , Bosen C , Changsuo L , et al.Research on mechanism of drag reduction and efficiency improvement of hydrodynamic torque converter with bionic non-smooth surfaces[C]// International Conference on Fluid Power & Mechatronics. IEEE, 2015.

Ø  柴博森, 王玉建, 刘春宝*, et al. 基于粒子图像测速技术的液力变矩器涡轮内流场测试与分析[J]. 农业工程学报, 2015, 31(12):92-98.

著作

Ø  工程机械液压与液力传动系统(液压卷、液力卷),初长祥、马文星、刘春宝,化学工业出版社,2015

专利

第一发明人授权与公开专利10件(授权5件),已授权专利:

Ø  刘春宝;吴鹏辉;马文星等,一种液力变矩器内部流场分离式测试装置,2017

Ø  刘春宝;马文星;张玉博等,一种用于缓速器内部流场测试的粒子图像测速试验装置,2017

Ø  刘春宝;葛林杉;郭爱东等,闭式双腔双排叶片液力缓速器,2016

Ø  刘春宝;杨化龙;马文星等,一种定子叶轮内部流场粒子图像测速试验装置,2016

Ø  刘春宝;刘长锁;马文星等,双涡轮液力变矩器导轮仿生叶片,2016

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