交变电流在仿生非光滑表面电渗中作用原理的试验研究

利用生物体表交流电渗作用的信息，将交流电引入仿生非光滑表面电渗技术中，并进行了试验研究，考察了交流电的频率对电渗效应的影响，利用试验优化技术对交流电的频率，电压两个因素进行了二元二次回归组合设计的试验，建立了显著的回归方程。对交流电在仿生非光滑表面电渗技术中的应用打下了理论基础。     

非光滑表面电渗减粘降阻应用研究

非光滑表面电渗是有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的理想方法之一,该文进行了非光滑表面电渗推土板动态试验,同时还创造性地设计、试制了非光滑表面电渗的装载机模型铲斗。试验证明,非光滑表面电渗铲斗具有良好的脱土性能,可提高作业生产率30％以上。     

非光滑表面电渗轮脚减粘脱土的试验研究

非光滑表面电渗方法是有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的较好方法之一。应用这一方法,研制了非光滑表面电渗轮脚,并进行了减粘脱土试验。试验表明,非光滑表面电渗轮脚具有良好的减粘脱土效果,并可提高牵引力和驱动效率。     

非光滑表面电渗减粘脱土原理的试验研究

在土壤动物减粘脱土机理研究的基础上,提出了一种有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的新方法—非光滑表面电渗减粘降阻技术,并对其减粘脱土效应及规律作了基础性研究,同时设计并优化了非光滑表面电渗极板面积。     

推土板的仿生分形设计

大量的仿生几何非光滑触土部件减粘降阻的试验研究结果表明,触土部件表面上的几何非光滑结构单元的分布对其减粘降阻效果具有显著的影响[1]。该文利用蜣螂体表几何非光滑结构单元(GUSU)分布的生物信息,进行了推土板仿生分形设计并对所设计的推土板进行了推土试验。利用试验优化设计技术,初步考察了推土板上几何非光滑结构单元的分布对推土阻力的影响     

仿生非光滑耐磨复合层的研究

把土壤动物体表的非光滑特征应用于耐磨复合层的仿生设计中，制备出仿生非光滑复合层。研究结果表明，非光滑表面能将磨料对表面的犁削变为滚动。在两体静载磨料磨损工况下，仿生非光滑耐磨复合层的耐磨性是45钢的29倍。仿生非光滑耐磨复合层具有很高的韧性和塑性，且可根据需要调节复合层的厚度，为提高地面触土机械部件的抗磨性开辟一条新的途径。     

界面粘附中非光滑表面基本特性的研究

某些非光滑表面比光滑表面更能减小运动阻力,这是有悖于传统认识的最新发现。本文从界面粘附角度提出了光滑与非光滑表面的基本概念,分析了非光滑表面的种类及其特性,阐述了非光滑表面仿生研究及其应用的现代发展,并展望了非光滑表面仿生降阻的前景。     

肋条状仿生非光滑表面铸造成型方法

鲨鱼皮肤表面的肋条状（riblet）非光滑结构具有减阻功能,已经被证实,但这种仿生非光滑表面在复杂铸件表面上难以实现,严重制约了它在工程上的应用。该文以横截面为三角形的非光滑结构为例,以200QJ50-26型离心式水泵叶轮表面为载体,对仿生非光滑表面一次铸造成型原理及工艺进行探讨。该工艺采用原料→切割成型→涂高温漆→粘贴→风干→修剪→成型→铸造的流程,尤其是高温漆的选择及涂抹对该成型工艺具有至关重要的作用。采用仿生非光滑表面一次铸造成型法能形成设计要求的三角形沟槽的尖角,而且在叶轮内部全流道能够形成非光滑表面,其适应于复杂零件非光滑表面的加工。     

柔性非光滑减粘脱附的自卸车模型试验研究

在柔性非光滑典型生物体表的仿生研究基础上，提出了一种自卸车装卸粘性土时解决其减粘脱附问题的新方法—柔性仿生减粘技术，对其减粘脱附作用进行了模型试验研究，优选了柔性仿生减粘技术方案，为在自卸车上的应用试验奠定了基础。     

土壤粘附规律的化学吸附分析

用以化学吸附为主的土壤粘附模型，对法向粘附、切向粘附和无水情况下的粘附规律以及界面压力、加压时间、温度变化等因素对粘附力的影响进行了分析，该粘附机理不仅能够很好地解释粘附规律，而且还能对已有粘附理论尚解释不清的粘附现象，如土壤机械组成、矿物质组成与粘附力的关系，粘附力与吸附阳离子的关系，ｐＨ值对粘附力的影响等作出解释。在此基础上，作者根据这一模型提出了改变触土部件表面材料组成、触土部件非光滑表面仿生改形和电渗减粘脱土的有效方法     

几何非光滑生物体表形态的分类学研究

生物体表几何非光滑的实地观察分析和分类,是非光滑表面减粘降阻仿生研究的基础环节之一。本文在实地观察、采集大量粘湿环境土壤动物的基础上,利用电镜分析技术,根据表面几何形态的不同,全面地进行了典型生物体表非光滑形态的分类研究,并以生态学的观点初步探讨了其形成机理。     

基于遗传算法的波纹形仿生推土板表面的数学建模与优化设计

该文根据典型土壤动物波纹形几何非光滑体表的特征，给出了两种波纹形仿生推土板表面的数学描述式，利用地面机械仿生学及地面车辆理论的研究结果，建立波纹形仿生推土板表面的非凸优化模型，并借助于演化计算构建了求解算法，通过数值计算，针对不同类型的土壤给出了波纹形仿生推土板的优化设计方案。     

典型植物叶表面非光滑形态的疏水防黏效应

用扫描电镜技术对几种典型植物叶片进行电镜扫描，对其不同的非光滑表面特征类型分类并加以描述；借助于仪器设备对非光滑叶表面的疏水性与防黏性进行量化指标的测定，分析结果表明：表皮细胞形态、表面蜡层形态与分布密度将直接影响其疏水、防黏效果；并进一步指出表皮细胞形态及其分布密度是表面脱附的主导因子，表皮蜡质因其形态、分布密度不同脱附效果也有差别。该研究将为工程仿生的表面加工成型、表观设计提供重要的信息源。     

典型生物柔性非光滑体表的防粘研究

在分析蚯蚓、马陆、穿山甲、田鼠等典型土壤动物柔性体表形态及其作用的基础上，分析了柔性非光滑特征及其防粘特性，并进行了原理性的试验研究，为开发柔性仿生技术奠定了基础     

18CrMnTi钢表面激光微造型的仿生工艺

为了探讨激光微造型表面仿生非光滑效应中粗糙度提高的工艺,运用SEM扫描电镜和图像处理技术提取荷叶表面微纳米形貌特征,在犁铧钢(18CrMnTi)表面进行激光微造型表面仿生正交试验研究。研究表明,图像处理中Sobel边缘算法有效地提取了SEM图片表面微纳米形貌层次特征,图像阈值取255时,提取表面形貌特征最多,犁铧钢仿生表面基本上再现了荷叶表面形貌;激光表面微造型极显著因素的主次关系是阈值>打标次数>电流强度,表面仿生最优值处的微造型粗糙度参数,即表面轮廓算术平均偏差(Ra)、微观不平度十点高度(Rz)和最大轮廓高度(Ry)提高的倍数分别为86.11、232.29和116.06。研究结果为激光微造型表面仿生多层次提取表面形貌信息和提高表面粗糙度工艺提供参考。     

仿生柔性非光滑表面的结构优化设计

根据土壤动物柔性非光滑的特征规律和仿生类比的结果,采用数值优化和ＣＡＤ几何造型技术,通过计算机模拟,构造了圆柱形、半圆柱形、布型和链型仿生柔性非光滑面,为柔性仿生减粘技术的开发创造了条件。     

自卸车柔性仿生减粘技术及其应用试验

在柔性非光滑减粘脱附的自卸车模型试验基础上，通过钢链的强度试验，进行了钢链的尺寸设计，开发了二种自卸车柔性仿生减粘技术。现场应用试验结果表明，此种技术具有明显的减粘脱附效果，可使自卸车平均提高技术生产率１９．４％。现场应用亦表明，自卸车柔性内衬具有加工简单，安装方便、成本低、寿命长、易维护等工程化优点。     

土壤动物非光滑体表几何单元的统计分析及模拟

为科学地利用生物减粘降阻的进化优化成果,对蜣螂非光滑体表几何单元的特征参数、分布特性及其数量关系进行数理统计分析,提出了较真实描述非光滑几何单元分布规律定量关系式。在此基础上,建立了仿蜣螂触土部位几何单元均匀分布、特征尺寸高斯分布的非光滑表面的统计数学模型,并编制出计算机模拟软件,为触土部件更合理地仿生改形研究打下了基础。     

提高耐磨与破碎性的仿生凹坑形磨辊设计与试验

为了提高水泥辊压机磨辊的耐磨性与破碎性,以仿生非光滑理论为指导,在磨辊表面设计并加工出具有不同直径、不同深度、不同轴向间距及周向个数的仿生凹坑形结构,根据正交表编制试验方案并对磨辊进行磨损及破碎性试验。试验结果表明,仿生凹坑形结构可以有效提高磨辊的耐磨性与破碎性。相对于标准磨辊,其耐磨性最大提高29.06%,破碎性最大提高18.7%。当仿生磨辊的凹坑直径为8 mm、凹坑深度为2 mm、轴向凹坑间距为16 mm、周向凹坑个数为12时,是兼具耐磨性及破碎性的最优辊。通过有限元方法对磨辊所受应力进行分析时发现,合理的仿生凹坑形结构可以优化磨辊表层受力,减少磨辊磨损;磨辊挤压石英砂破碎时受到的最大挤压力是影响其破碎性的重要因素。通过单颗粒石英砂破碎试验可知,仿生凹坑形结构减少了石英砂对其表面的刻划,分散了石英砂对其表面的挤压力,提高了磨辊的耐磨性及破碎性。     

仿生减阻树木移植机铲片设计与试验

铲片是树木移植机的重要工作部件,其尺寸参数、形状以及数量分布决定着移植机的挖土性能和整机的能耗大小。为了有效减小铲片切削土壤时所受阻力、减小整机能耗,该文根据树木移植机的工作状况和特点,对铲片进受力分析并建立力学模型。仿照土壤动物步甲的掘土器官大颚的体表结构设计非光滑仿生铲片,运用动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA对原型铲片和仿生铲片切削土壤过程进行数值优化,通过原型铲片的数值仿真确定最佳铲片切削角为83?,在相同的铲片结构和土壤条件下,数值优化得到仿生铲片最佳参数为表面凸起直径14 mm,凸起中心距28 mm,凸起高度4 mm。根据最佳参数研制仿生铲片,并安装在移树机上进行原型铲片和仿生铲片的作业对比试验,发现仿生铲片有效减阻11.11%,证明了仿生非光滑铲片具有较好的减阻特性,可为整机节能降耗奠定基础。