仿生非光滑表面滑动摩擦磨损试验研究

采用激光处理技术加工了几种具有非光滑特征的圆形45号钢试件，以正交试验方法设计耐磨性试验方案。在国产MM200型摩擦磨损试验机上研究具有不同非光滑表面特征的试件耐磨性规律。试验结果表明，在相同试验条件下，时间、负荷、速度、形态和分布对耐磨性均有影响，耐磨性按照凹坑、凸包、波纹、鳞片形态递减。     

55号钢仿生非光滑表面高温耐磨性试验

利用激光微细加工技术将根据仿生非光滑耐磨理论设计的仿生非光滑耐磨表面复制到55号钢模型试样上,在磨损试验机上进行影响凹坑形非光滑表面试样耐磨性多因素试验。采用试验优化设计技术中部分正交多项式回归设计试验方案,得出影响仿生非光滑凹坑表面耐磨性多因素回归方程。试验结果表明,各试验因素对耐磨性影响重要程度依次为温度、磨损时间、凹坑直径、转速和凹坑密度。最后对非光滑的耐磨机理进行初步分析。     

船式拖拉机凸包非光滑表面船壳减阻性能研究

为降低船式拖拉机在水田工作时的阻力,设计了一种具有凸包非光滑表面的船壳。利用有限元方法对凸包非光滑表面船壳在水田泥介质中进行数值仿真研究,计算比较凸包非光滑表面船壳和光滑表面船壳在速度0.5~4 m/s范围内的阻力值,分析其减阻机理并进一步研究凸包尺寸对减阻特性的影响规律。结果表明:凸包非光滑表面船壳有较好的减阻效果,凸包结构改变流体对船壳的粘性剪应力是其产生减阻特性的重要原因。该设计得到了减阻率达到9.33%的较好减阻效果,对船式拖拉机研究设计具有重要意义。     

船式拖拉机底板非光滑表面减阻机理研究

基于Fluent软件对船式拖拉机底板建立三维模型,采用数值模拟的方法研究非光滑表面凹坑结构对机身底板的减阻影响。研究非光滑表面凹坑在不同深度、直径下滑行阻力的影响规律,选取最优的凹坑组合成等距排列、等差排列、菱形排列3种结构。分析凹坑结构的减阻机理,发现压差阻力增大、摩擦阻力减小是总阻力减小的原因。结果表明:船式拖拉机凹坑结构具有良好的减阻效果;相比光滑的船式拖拉机底板,非光滑表面凹坑直径为8mm,深度为5mm的等距排列结构的减阻率达到了5. 4%。     

凹坑形表面土壤减阻率试验及界面动态观察

利用切向粘附动态试验台，测试并研究了土壤含水率为35．1％条件下，玻璃和有机玻璃凹坑形仿生非光滑表面和光滑表面与土壤相互作用的摩擦阻力。采用二元二次回归正交组合设计试验方案，探讨当凹坑形非光滑表面和光滑表面在正压力和速度变化时，土壤摩擦阻力的变化规律，观察两种材料表面与土壤界面的动态变化，讨论试样表面形态与界面水膜及土壤摩擦阻力的关系。试验结果表明，在试验条件下，与光滑试样相比凹坑形非光滑表面玻璃试样减阻率为8．29％～24．65％，有机玻璃试样的减阻率为1．29％～8．18％。     

仿生非光滑表面形态的计算机模拟

研究发现,生物体表大都相当明显地体现着各种几何非光滑形态。生物体表非光滑形态的形成不仅与其种属遗传有关,而且与生物活性和环境等有直接的关系。不同形状的非光滑表面是为适应不同种类的土壤性质而进化成的,且有着不同的触土方式。为了研究非光滑表面形态对磨损的影响以及非光滑表面形态自身的参数变化对耐磨性的影响,本文对典型的非光滑形态进行了计算机模拟。     

仿生非光滑筛面近筛层微观气流场研究

以入风口角度和筛面形态为试验因素,对仿生非光滑筛面近筛层微观气流场进行了数值模拟研究,并对仿生非光滑清选筛和普通光滑清选筛进行了田间对比验证。试验结果表明：入风口角度对清选筛面上近筛层内的微观气流场基本没有影响;仿生非光滑筛面形态将筛孔间近筛层内的单个小漩涡分解为2个小漩涡,致使漩涡流线不能完全地从筛面经过,使得细小油菜物料难以与仿生非光滑筛面充分接触,起到了减粘作用;仿生凸包的减粘作用较仿生凹坑明显。     

WC/Cu基仿生非光滑耐磨复合涂层的研究

磨粒磨损是矿山、工程和农业机械失效的主要原因，采用仿生非光滑表面可提高耐磨粒磨损性能。本文采用高频钎焊方法在45号钢表面制备了WC／Cu非光滑耐磨复合涂层，测试了复合涂层孔隙度，研究了WC质量分数、磨粒尺寸、载荷等对其耐磨性的影响，分析了非光滑涂层的磨损机理。结果表明，在钎剂为WC质量4％时复合涂层孔隙度低，复合涂层与45号钢基体为良好的冶金结合，界面区组织致密。磨粒磨损时，WC颗粒在涂层表面凸起，形成非光滑表面可阻碍磨粒对基体的犁削并使部分磨粒由滑动变为滚动是仿生非光滑复合涂层具有高耐磨粒磨损性能的主要原因。当WC质量分数在50％时，非光滑涂层耐磨性最好，其耐磨性随载荷或磨粒尺寸增大而下降。     

油菜混合物与仿生筛面基体间的粘附特性

运用图像处理中的超绿特征提取与分割技术,构建油菜粘附特性测试系统,以残留粘附面积r为测量指标,引入粘附率μ和减粘率τ为衡量指标,通过粘附试验,测取并分析了油菜混合物与仿生筛面基体之间的粘附特性。试验结果表明,仿生非光滑筛面的减粘率普遍超过30%,最高达到90%,减粘作用显著;仿生凸包的减粘作用优于仿生凹坑;普通筛面的粘附程度依赖于油菜混合物的成分,而仿生非光滑筛面的粘附程度基本不依赖于油菜混合物的成分及质量比例,能在不同的收获环境与条件下保持较为稳定的减粘作用。     

离心泵叶片仿生非光滑结构的布置位置

为研究离心泵叶片上仿生非光滑减阻效果与仿生非光滑结构布置位置的关系及离心泵水力效率对仿生结构布置位置的敏感程度,将仿生非光滑结构分别均匀布置于离心泵叶片的6种不同位置上.利用ANSYS软件进行数值模拟,研究了目标流量下6种方案离心泵的性能参数及叶轮内部流动情况,将根据数值计算结果得到的仿生非光滑结构的最佳布置方案与常见布置方案在全流量下进行对比分析,并在应用相同仿生非光滑结构布置方式的前提下,分析了粗糙度的影响.结果表明:该离心泵模型在目标流量下,应用仿生叶片后,其水力效率变化有限,而叶片壁面上平均剪应力相较于光滑壁面情况下降最大约12.7%;布置于任意位置的仿生非光滑单元均能在一定范围内产生减阻效果,相邻仿生单元对于同一壁面位置的减阻效果不具有线性叠加关系;在全流量下,将仿生非光滑结构布置于叶片背面的中部,相比于将其布置于叶片背面的出口部分,增效率与减阻率均更为优秀,且2种方案的增效率与减阻率随流量变化的趋势较为相近;粗糙表面尽管能和仿生结构表面一样在近壁面形成低速层,但无法实现减阻效果.该研究表明,仿生结构对离心泵水力效率的影响与模型本身有关,在使用一定个数的仿生凹坑单元的前提下,应尽量将凹坑布置在剪应力大处.     

空间导叶面积变化规律对井用潜水泵性能的影响

为了研究空间导叶叶片进出口有效过流面积比和其过水断面面积变化规律对潜水泵性能的影响,保证导叶其他参数不变,设计了9种面积比模型,以效率最优的面积比导叶为基础模型,设计了4种过水断面面积变化规律的导叶,包括线性式、上凸式、下凹式和S形。运用CFD数值模拟方法对其内部流场进行了计算,模拟计算结果与试验结果较为吻合,设计工况下的扬程和效率的误差均在3%以内。通过对潜水泵外特性分析表明:导叶过水断面面积变化规律在设计工况下对泵的效率有显著影响,变化过程中效率的增幅约为4%,但对其扬程影响甚微,最大扬程差仅为0.7 m;各个方案导叶流道的内流场分布结果表明:下凹式面积变化规律能有效改善导叶内流体的流动状态,降低导叶内的能量损失。非线性下凹式面积变化规律优于线性,S形及上凸式面积变化规律,但如何寻找最优变化规律仍需继续探索。     

无芒隐子草叶片卷曲度和厚度测量方法

针对叶片卷曲度和厚度交互式测量方式费时、费力、误差大,传统图像处理算法普适性不高等问题,以无芒隐子草叶片为研究对象,采用基于Graham 算法的最小外接矩形法实现叶片卷曲度的测量,采用矢量积法和角点检测相结合的凹凸点检测算法实现叶片厚度的测量。首先,通过石蜡制片获取无芒隐子草叶切片,利用显微镜连接计算机获取切片图像;然后,采用红色灰度化方法结合阈值分割将切片图像的目标和背景分离;最后,根据叶片卷曲度和厚度的实际测量方式,采用Graham算法通过求取目标区域的最小外接矩形实现叶片卷曲度的测量,将矢量积法和角点检测相结合检测目标区域的凹凸点,通过凹点与凹点、凸点与凸点匹配实现叶片厚度的测量。选取30幅无芒隐子草叶切片图像为样本进行了试验,结果显示,采用本文提出的红色灰度化方法和分量法、最大值法、平均法、加权平均法对图像进行灰度化处理后,图像信息熵分别为6.4280、6.3612、5.6679、5.9348、6.0526,图像平均梯度分别为0.0785、0.0242、0.0158、0.0093、0.0104,图像对比度分别为0.2641、0.1130、0.0574、0.0703、0.0784,说明本文方法能更好地保持图像的边缘、细节等信息,图像清晰度更高。进行自动阈值分割后,分割的平均误检率为0.75%,平均漏检率为3.49%,平均整体分割精度达到98.14%。在有效分割目标和背景的基础上,对叶片卷曲度和厚度进行测量,并与交互式测量结果进行相比,结果表明,采用本文方法对叶片卷曲度和厚度的测量值与交互式测量值的平均相对误差分别为0.96%和3.69%,测量速度分别提高了约10倍和37倍。     

船式拖拉机船壳微观结构减阻性能分析

研究了船式拖拉机船壳表面的微观结构,主要针对圆形凹坑凸包、凹凸槽及羽型微观结构的直径高度或者深度变化,对泥浆土壤中的减阻性能影响,分析了摩擦阻力、粘压阻力、总阻力变化规律。研究结果表明:在本文所参考的条件下,船速为2m/s、凹坑直径18mm、深度11mm时,具有最优的减阻效果,减阻率为12.7%,羽型凹坑结构具有一定的减阻效果,减阻率为5.37%。     

爪形座体挤压成形模具结构优化设计

凸模及凹模形状对挤压件成形影响较大。利用三维有限元分析软件对不同结构凸模与凹模挤压成形过程进行模拟分析。基于模拟优化的结果,确定凸、凹模合理的结构及尺寸参数．可降低生产成本,缩短开发周期。     

基于凹点分析法的粘连鸡体分割方法研究

针对鸡体之间存在相互粘连问题,以散养绿壳蛋鸡为研究对象,提出一种基于凹点分析法的粘连鸡体分割新方法,该方法在不同的颜色空间下使用最大类间方差法(Maximum Between-Class Variance,OTSU)结合形态学运算,对采集的视频图像进行图像预处理后,通过分析粘连区域的凸缺陷轮廓,使用正方形模板确定凹点位置,然后对凹点进行随机匹配确定正确的凹点匹配方式,最终实现粘连鸡体的分割。对不同数量的粘连鸡体分割试验结果表明,该方法实现了2~4只粘连鸡体的分割,平均分割准确率为92.8%,平均运行时间为2.817 s,并对比极限腐蚀结合凹点搜寻方法、分水岭分割方法,两种方法的平均分割准确率分别为63.4%、71.6%,该文方法提高粘连鸡体分割准确率;对真实养殖环境下粘连鸡群的分割试验结果表明,该方法对复杂粘连鸡群实现了较好的分割。该方法可以为后续监控鸡群个体健康状况提供技术支持。     

水工混凝土抗冲磨试验方法（水下钢球法）改进研究

研究通过改进水工混凝土抗冲磨(水下钢球法)两个试验参数,第一个是冲磨介质钢球的形貌,将现行规范中圆形表面光滑的钢球形貌,改为带有尖角的圆形六面体;第二是调整了钢球的级配及数量;通过对比试验表明：与现行规范方法相比,改进后方法对于高强混凝土,其磨损率提高一倍及抗冲磨强度减少一半,磨损后试件表面严重磨损,平均磨损深度从2～4mm增加到10～35mm,反映了混凝土本体而非表层的抗冲磨性能,磨损效果显著提高,更能反映C40以上高性能抗冲磨混凝土的磨损速度和抗冲磨强度。     

喷口形状对喷水推进器性能的影响

为探究不同喷口形状的喷水推进器推进性能,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,应用计算流体力学的方法针对3种不同形状(平面形、凸面形和凹面形)喷口的喷水推进器进行定常数值模拟,对比分析额定转速与高转速时其不同形状喷口内部流动特征和喷水推进器推力性能,从而寻找最优推力性能的喷口形状.计算结果表明:叶轮转速在不断变化时,平面形喷口的推力性能始终大于另外2种形状喷口的喷水推进器性能;在高于额定转速时,空化发生会影响叶轮做功能力,从而降低喷水推进器推力性能;在额定转速时,平面形和凹面形喷口推力性能较好,但平面形喷口最高轴向速度分布较多;高转速时,平面形喷口受空化影响最小,能够持续提供稳定的动力.研究结果揭示了不同喷口形状对不同转速下喷水推进器的适用性以及喷水推进效能,可为喷水推进器性能优化及设计提供一定的理论依据.     

120t凹式半挂车拖架设计

针对超大超重罐体型货物及设备而设计开发了专用运输车,整车由6部分组合而成。其中,拖架具有可伸缩功能,是通过可伸缩部分外侧的箱形梁插入货台主梁的方孔中,选择箱形梁上孔的位置来实现的。托架的强度计算采用有限元方法,考虑了罐体和鹅颈部分对拖架的影响,得出了较为符合实际的计算结果。对类似结构的挂车或拖拉机等的设计和计算具有理论指导意义。