蜻蜓翅膀表面疏水性能耦合机

利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和视频光学接触角测量仪对蜻蜓翅膀表面的微观结构、物质成分以及疏水性进行了研究,分析了蜻蜓翅膀表面微观结构、物质成分与翅膀表面疏水性能间的关系.结果表明,蜻蜓翅膀表面分布大量纳米级乳突结构,致使液滴与翅膀表面形成复合接触,增强了翅膀表面的疏水性;翅膀表面覆盖的蜡质层对蜻蜓翅膀表面的疏水性起增强作用.此外,利用Cassie模型建立了蜻蜓翅膀表面疏水方程,并进行了蜻蜓翅膀表面疏水性能的多元耦合机理分析,认为蜻蜓翅膀表面的疏水性能是由其表面物质成分和微观结构共同耦合作用的结果.     

沙漠蜥蜴体表抗冲蚀磨损的生物耦合特性

对新疆岩蜥与变色沙蜥不同部位鳞片与皮肤进行了在体观察与显微分析.系统比较了两种蜥蜴的体表鳞片在形态、结构、排列方式以及具有多层结构的皮肤等方面的生物耦合现象及其特征规律.探索了生物耦合作用与生物体生活环境适应性的关系.研究表明,新疆岩蜥和变色沙蜥的体表均为由不同形态、结构和材料的鳞片与具有多层结构皮肤的耦合,能在运动过程中减少冲蚀介质对机体的摩擦,减轻其对身体的摩擦损伤.     

鲤鱼鳞片断面的微观结构及纳米力学性能

天然生物材料的研究逐渐从宏观转向微观,其微观结构将为人工材料的设计提供有益的参考。为此,利用体视显微镜和三维激光扫描共聚焦显微镜观察了鲤鱼(CyprinusCarpioHaematopterus)鳞片断面的微观结构,并使用纳米力学测试系统测量了鳞片断面的纳米力学性能。结果表明,鳞片为层状复合结构,且各层的纳米硬度值存在较大差异。     

仿生几何结构表面深松铲铲尖设计与试验

深松铲在西南红壤坡耕地作业过程中,由于土壤黏附性强且板结严重,造成土壤过度扰动和耕作阻力过大的问题.采用工程仿生的技术方法,将具有减阻优异特性的克氏原螯虾和砂鱼蜥体表作为仿生原型,以深松铲铲尖为研究对象,设计仿生凸包、微刺—凸包、仿生鳞片、微刺—鳞片和微刺—凸包—鳞片混合表面5种仿生几何结构表面.通过室内土槽试验,考察...     

多孔介质粗糙表面分形-蒙特卡罗传热研究

为了探究多孔介质在微观粗糙表面结构下的传热,建立了关于粗糙表面的二维、三维模型。基于分形理论,通过与蒙特卡罗法和傅里叶定律的结合,推导出了有效传热系数的表达式。该理论模型通过相关数据的代入计算,讨论分析了粗糙表面面积分形维数和孔隙率对有效传热系数的影响。研究发现孔隙率与有效传热系数呈负相关关系,面积分形维数与有效传热系数也呈负相关关系。该理论研究多孔介质粗糙表面的细微结构的传热,对于具有微观结构的粗糙表面物质传热具有一定的研究参考价值。     

热激法修饰瑞士乳杆菌的参数优化与特性研

采用不同热处理温度(67、70℃)与时间(10、15、20 s)对瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus)进行热激修饰,研究处理前后与干酪加工相关的菌体特性.同时对热激修饰条件参数进行优化.研究结果表明,菌体经70℃、10 s热激处理后,菌体存活率、动态产酸能力、蛋白水解能力等指标符合热激要求,经修饰后的菌株适宜作为于酪促熟酶源.采用扫描电镜对细菌表面微观结构的观察结果表明.热激处理使菌体形态、膜表面发生明显改变,菌体表面发生萎缩、褶皱与底端溶解等变化.     

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。     

分形多孔介质孔道网络模型的构

采用压汞试验获得实际多孔介质的微观结构参数.以冻干马铃薯为例计算了孔隙分形维数,结果表明冻干马铃薯结构具有显著的分形特性.运用位似变换理论、分形理论、Voronoi图以及马铃薯的特征参数等,构建出与马铃薯结构参数相对应的二维分形孔道网络模型.构建的网络模型考虑了影响多孔介质干燥的孔道微细结构特征,模型参数能够很好地反映多孔物料的微观结构.且获得了合理的分形维数.     

硬铝合金半连续铸造的裂纹缺陷分析

对凝固过程中流场、应力场、温度场及微观组织形态进行数值模拟,能帮助工艺设计人员分析不同时刻凝固过程的温度分布、金属流态、结晶晶粒大小、应力分布等重要物理参数,从而预测疏松、偏析、夹杂及热裂纹等缺陷。     

三七种苗仿生挖掘铲设计与有限元分析

针对现有三七种苗挖掘铲挖掘阻力大、碎土性能与减黏性差等问题,设计一种三七种苗挖掘铲。本研究运用仿生学原理,依据穿山甲良好的挖掘性能设计三七种苗挖掘铲。对穿山甲前爪中趾和鳞片进行结构分析,测量爪趾纵剖面和前端轮廓数据,通过曲线拟合得到仿生铲外形轮廓;结合穿山甲鳞片表面的楔形形状,将仿生铲表面设计成有凸起的楔形铲面;根据三七育苗农艺,确定仿生铲的挖掘深度和挖掘铲宽度;建立仿生铲三维模型,通过Ansys有限元仿真分析,确定挖掘铲厚度和入土角,研究仿生挖掘铲结构性能;并运用EDEM离散元动态仿真分析验证凸起仿生挖掘铲作业过程中所受阻力和土壤挖掘效果。三七种苗挖掘铲设计为凸起仿生挖掘铲,由Ansys仿真分析可知,凸起仿生挖掘铲最大应力为11.864 MPa,最大变形量为0.064 687 mm;由EDEM离散元法仿真分析得到凸起仿生挖掘铲挖掘阻力比平面铲小18.78%,作业时土壤颗粒平均翻滚角速度较平面铲提升27.13%,且具有较好的减黏效果。用穿山甲前爪和鳞片仿生三七种苗挖掘铲,能在保证不破坏三七主根和剪口的同时,达到增大碎土性能和减少土壤黏附的效果。该研究对三七种苗挖掘铲的设计与改进具有重要意义。     

马铃薯收获机主要问题机理分析及其对策

针对大中型及小型马铃薯收获机的结构特点,分别对其壅土、垄高适应性差以及伤薯和埋薯等常见主要问题的产生机理进行了分析,并从相关结构设计及工作参数设置方面提出了相应对策,以期对马铃薯收获机的设计和应用提供指导和帮助。     

高速低阻防过载犁耕装备的设计与试验

针对翻转犁能耗高、易粘附、易遭冲击破坏等问题，研制了一种高速智能液压翻转犁，优化了整机结构与配置参数。以穿山甲体表的鳞片三角圆弧状结构和蜣螂体表的凸包结构相结合作为仿生原型设计了一种仿生犁体，并设计了一种双向犁耕装备的过载保护自动避障机构，得到平衡状态下对应所需的弹簧预紧力为9.75KN，取安全系数为1.3，设置初始状态预紧力为12.67KN。建立了犁体耕作过程离散元仿真模型。仿生减粘犁体相对传统犁体土壤减粘性能提升44.15%，减阻7.8%。耕深稳定性变异系数2.86%，土垡破碎率97.1%。研究结果可为高速智能液压翻转犁设计及改进提供参考。     

臭蜣螂唇基切土减阻的力学分析

对臭蜣螂头部的激光三维扫描点云进行简化处理,在三维坐标系中建立垂直平面截取部分唇基实体,并将其简化为三面楔模型,进行不同运动方向的受力分析。结果表明,在臭蜣螂挖土打洞过程中唇基有利的挖土切割方式主要为滑移切割,这种切割方式基于唇基天然的优化形状,即半圆形的刃口形状和特定的曲面变化。并发现唇基曲面形状对减小挖掘阻力具有重要作用。最后分析了臭蜣螂唇基潜在的仿生应用,其天然优化的形状和切割角的自动调节可指导地面机械的仿生设计。     

基于FFD方法的离心压气机叶片优化设计与试验

为了改善离心压气机叶片多工况优化设计时面临的设计空间大、冗余搜索、灵活性不足、优化效率低等问题,提出了基于自由曲面变形技术(free form deform, FFD)的离心压气机复杂曲面叶片参数化方法,建立了叶片局部几何区域与三维空间网格控制体的映射模型,研究了样条曲线基函数几何特性对叶片几何构型的影响,实现了离心压气机叶片几何外形的局部精细化改型.结合B样条基FFD参数化方法、多目标进化算法和计算流体动力学对复杂叶片的局部区域进行了多工况气动寻优,优化结果表明:在满足约束条件的情况下,流场结构得到进一步的改善,额定工况和常用工况等熵效率分别提高了0.48%和0.40%,喘振裕度分别提升了1.6%和1.8%,利用较少的设计变量实现了离心压气机复杂曲面叶片高效灵活的精细化设计,为离心叶轮的气动优化设计提供了新的理论依据.     

螺旋输送机螺距优化及效率研究

从螺旋输送机叶片制法开始对螺旋输送机进行合理简化,得到效率最优时螺距计算的理论模型。从摩擦学理论出发,推导出螺旋输送机的效率优化公式。选用适当的数学手段,计算出常用的螺旋输送机在效率优化后的螺距,对螺旋输送机螺距优化前后的效率进行了比较。对螺旋输送机效率最优时的螺距进行数据处理,用最小二乘法拟合出效率最优时螺距计算的通用计算公式。     

焊点布局的结构多目标拓扑优化设计

针对结构优化设计中先分解后组合的重复优化问题,提出一种焊点布局的结构多目标拓扑优化方法.在连续设计域中,给定载荷和约束的情况下,同时优化整个结构的拓扑空间和几何造型,并决定子结构间的连接位置和布局形态.通过有限元分析和基于几何学交叉过程的多目标遗传算法得到Pareto解集,可根据不同需求确定权重,选择最优方案.     

日光温室结构参数的优化设计-以北方农村能源生态模式为例

日光温室是北方农村能源生态模式的基本框架和主体结构,日光温室的作用就是为沼气池、猪舍和蔬菜创造良好的温湿度条件.优化设计日光温室结构参数,对推广北方农村能源生态模式具有重要意义.为此,根据理论分析及生产实践经验,对北方农村能源生态模式中日光温室的跨度、后墙高、后坡仰角、透明屋面设计采光角、日光温室透明屋面在水平面上的投影宽度、温室高度及棚面形状方面几何尺寸进行了优化设计,给出了沈阳地区日光温室结构参数的优化结果.     

基于CFD动网格技术的三偏心蝶阀开启特性

为了分析三偏心蝶阀在开启过程中涡流与时间的关系,采用Fluent软件提供的计算方法,建立了基于三偏心蝶阀的二维物理模型,编写不同时刻的UDF函数,利用动网格技术及用户自定义函数对三偏心蝶阀开启过程出现的涡街现象进行数值模拟,得到了开启后不同时刻下的涡流速度和涡流长度.结果表明:在三偏心蝶阀刚开启的瞬间蝶阀的下流产生喉口效应,流体介质小开度下由于流阻较大,导致蝶阀的振动强烈,随着开度的增大,流阻急剧减小,蝶阀的振动逐渐减弱,导致三偏心蝶板边缘前后均产生强烈的涡流,下端出现了较明显的涡街效应,随着开启行程的增加,涡流速度不断减小,而涡流长度先增加后缓慢减小,最终消失.通过有限元分析法对蝶阀的流场进行了数值模拟,找到了涡街现象的形成和脱落的时间.此模拟为三偏心蝶阀设计、试验和使用提供了一种思路.     

沙棘油对过敏性皮炎患者皮肤表层粗糙程度的影响

为验证沙棘籽油和沙棘果油对过敏性皮炎患者皮肤表层粗糙程度的影响，进行了有安慰剂对照的平行性研究。16位患者在4个月内每日分别服用5g沙棘籽油，沙棘果油或石蜡油。本研究包括皮肤表面粗糙程度的测量方法和测量参数的优化选择以及服油前、后手背和肩部非病变区皮肤表面的粗糙程度的测量。实验结果表明，服油前后皮肤表面的粗糙程度无明显统计学变化，说明沙棘油对过敏性皮炎患者非病变区皮肤的影响小于对病变区皮肤的影响。由于本研究中患者人数有限，此结论有待进一步验证。用表面光度测量仪可明显指示不同部位皮肤表层结构和粗糙程度的差异，在对皮肤的研究方面有广泛的应用前景。     

基于给定工作空间的球面变胞仿生关节机构优化设计

研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆解模型,得到其速度映射模型和雅可比矩阵。其次,在逆解模型的基础上,研究机构工作空间与机构尺寸关系,根据分布规律对工作空间大小进行优化,确定预设工作空间。最后,根据承载力和刚度性能评价指标对给定工作空间下的机构进行尺寸优化设计,分别给出每种性能指标较好的尺寸范围,综合两种指标,得到机构最佳设计尺寸。