仿生材料学研究进展

仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。     

逆向工程技术与工程仿生

工程仿生研究本身在方法上具有逆向工程研究的特点。本文对逆向工程技术与工程仿生技术进行了对比分析，探讨了利用逆向工程技术进行生物体几何特征描述的一般过程及其所涉及的关键问题。     

耕作部件耦合仿生表面结构制备方法

针对农业机械耕作部件既要提高耐磨性又要保证强度的问题,提出了一种通过构建仿生表面结构和控制工艺来设计结构/材料二元耦合仿生表面结构的方法。采用球墨铸铁制备具有仿生表面结构的耕作部件使仿生表面由高硬度白口铁构成,从而兼顾部件的耐磨性和机械性能。试验结果表明,在铸造过程中,单纯通过仿生表面结构或局部设置小型冷铁的方法,部件仿生表面结构局部均未能形成白口铁组织,而上述两种方法的结合运用,可实现仿生表面结构的白口化。分析表明,仿生表面结构可限制熔体流动,设置冷铁可提高局部过冷度,两者结合可实现耦合仿生设计。显微硬度和划痕试验表明,耦合仿生表面结构具有较高的局部硬度,相比于芯部基体,其显微硬度值平均提高了35.71%,而形成相同宽度的划痕时,其所需载荷是芯部基体的1.16倍。水润湿性试验表明,耦合仿生表面结构与芯部基体水润湿性也存在一定的差异,相比于芯部基体,其接触角增大了14.91%。此方法适用于生成具有耐磨性能且高强度的耕作部件,在保证部件机械性能的同时,可提高耐磨性和降低土壤粘附。     

仿生设计在农业机械设计中的应用

阐述了仿生设计的含义、分类、研究内容,总结了仿生设计运用于农业机械设计中的意义,并提出了仿生设计运用于农业机械设计中的几点建设性的意见.同时,提出了我国应在实际应用方面加大研究力度,以期推动仿生设计研究与应用在农机机械设计制造中的进一步发展.     

耕地机械触土部件材料及其仿生研究

通过对传统材料和仿生材料及其脱土性能的综述,总结了触土部件土壤粘附系统仿生改性减粘降阻的基本规律,并对仿生改性研究进行了展望。     

仿生耐磨减阻深松铲的研究现状

深松铲在作业过程中存在工作阻力大、磨损严重的问题,因此良好的耐磨减阻性能和冲击韧性对改善深松铲的作业效果、延长深松铲的使用寿命具有极其重要的意义。仿生是深松铲优化设计的一种有效方法,本文归纳了仿生深松铲研究的生物仿生原型以及采用的仿生方法,从动物爪趾形态仿生、生物表面特殊几何结构仿生和复合仿生的角度,对仿生深松铲的耐磨减阻性能研究现状进行分析和总结。并基于已有研究提出仿生深松铲在未来的研究中向生物的力学特性仿生、功能特征仿生方面拓展,可以将鸟类、植物等的耐磨减阻特征作为新的仿生探索领域,也可以尝试将仿生设计与表面改性技术等其他技术方法相结合进行研究,以期为仿生深松铲的耐磨减阻性能研究提供参考,促进深松铲的耐磨减阻性能优化设计研究。     

工程仿生在农业机械减阻技术的应用与展望

当今世界的发展使得化石能源消耗急剧增加,气候条件恶化和能源短缺的问题对人类生存造成威胁。而随着国家农业机械化的不断深入发展,农业机械的应用越发广泛。当前的农业机械的柴油消耗已达国内柴油消费的30%,在我国节能减排战略中占据重要位置。为针对农机化过程中节能减排研究提供方法与指导,总结国内外针对农机化过程中的节能减排研究方法的相关成果,分析我国农机化节能减排实施的主要技术难题,通过一些实例分析仿生方法在农业机械设计中的应用,并结合系统仿生的一般思想提出面向农业机械的节能减排应用策略。     

圆盘犁刀仿生设计与试验优化方法

为了有效地降低圆盘犁刀的粘附积土量和工作阻力,基于仿生研究的理论和技术,确定了圆盘犁刀仿生设计参数,说明了其制作工艺过程和方法。采用二次回归试验设计方法,确定了仿生圆盘犁正交优化试验方案,为仿生圆盘犁的试验研究奠定了基础。     

基于仿生耦合功能表面的离心水泵增效机制研究

海豚特殊的皮肤结构具有减阻功能,模仿其结构,设计了一种具有实际工程应用价值的仿生耦合功能表面,将其应用到离心式水泵的叶轮表面,进行水泵增效试验研究。研究结果表明:这种仿生耦合功能表面可提高离心式水泵效率3%及以上;仿生耦合功能表面面层材料的硬度对水泵的效率影响显著。分析认为其增效机制主要在于:表面面层材料与基底材料仿生结构的耦合变形降低了叶轮流道壁面的摩擦力及吸收流体介质对叶轮进、出口湍动能的方式实现对流体介质的控制,从而降低离心泵水力损失,实现增效。     

水田驱动叶轮仿生叶片机理数值模拟分析

根据水牛蹄独有的几何外形适于水田等松软地面行走和行走阻力低的特性,运用逆向工程技术提取仿生信息,并设计水田叶轮仿生叶片.通过数值模拟的方法研究仿生叶片性能改善的机理,以进一步指导叶轮的设计.仿生叶片与平面单叶片轮叶的计算机模拟对比分析表明,仿生叶片提高推进力的机理主要为:有效延缓叶片表面流体速度突变造成的流体介质冲击与分离,减小分离流对叶片的撞击阻力,提高叶轮驱动力;仿生叶片可增加叶片驱动扭矩,使叶轮驱动力增加.     

松软地面机械仿生理论与技术

生物经过长期与自然环境进行物质、能量及信息交换,造就了适应生态环境的生物系统和生存本领许多科学技术难题在生物界已经获得圆满解决。现代侧试技术和测试仪器的出现使得对生物结构、生物功能和生命过程的认识得到了惊人的进展,这为其他学科的研究及发展注入了新的活力,提供了全新的科学原理和技术方法。在工程科学领域中融入生物科学原理和方法进行生物科学与工程科学渗透交融的工程仿生学研究获得了长足的发展,生物科学、机     

仿生非光滑表面脱附与减阻技术在工程上的应用

生活在自然界中的生物具有生物非光滑体表。根据大量的观察和试验,发现这种非光滑表面具有减粘降阻和脱附效应,这种仿生非光滑表面减阻脱附技术被应用到了空中、水中和土壤中,得到了很好的减粘降阻与脱附效果。但是目前,对生物的这种非光滑体表还只是被动的模仿阶段,对这种现象的机理没有形成系统的认识,针对这种情况,提出今后研究工作的重点与方向是：集中研究不同非光滑表面与不同介质之间脱附与吸附的机理和对非光滑表面的量化描述。     

现代设施农业现状与发展趋势分析

设施农业是利用人工修建的设施,通过可调控的技术手段,对室内环境因子进行全方位调控,形成摆脱自然条件约束的全新技术体系,可为作物生长提供最佳的环境条件。为此,从设施农业的内涵以及特征出发,分析了国内外设施农业的发展现状,总结出现代设施农业正朝着智能化、工厂化和节能化的方向发展。     

黑龙江省富锦市七星河湿地科学考察报告

针对富锦市农区七星河湿地生物多样性进行了科学考察，并论述了七星河湿地的现况及受威胁的主要因素。     

仿箬叶聚合物表面模板法制备与润湿性能研究

从师法自然出发,以静态接触角高达140°的箬叶下表面为仿生对象,使用2种模板法制备具有箬叶下表面微纳复合结构的聚合物仿生表面。采用扫描电镜观测聚合物仿生表面的微观形貌,借助接触角测量仪分析仿生表面的润湿性能。以箬叶下表面为模板,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)二次复形方法获得仿箬叶下表面,仅实现微乳突结构的部分复形,而大多数纳米片层结构缺失,其静态接触角与PDMS本征接触角相比只提高了7°左右。采用电铸与注射成型相结合的方法获得的仿箬叶聚丙烯(PP)表面,可基本实现微纳复合结构的复形,其静态接触角与PP本征接触角相比提高了50°以上,进一步采用低表面能的氟硅烷修饰注射成型仿箬叶PP表面,其静态接触角与PP本征接触角相比提高了70°左右,达到了133°±2°。但2种模板法成型的仿生聚合物表面均未能较好保留箬叶的动态润湿性能。实验结果表明,通过电铸-注射法构筑仿箬叶表面的微纳复合结构、在粗糙表面上修饰低表面能物质的双重途径可用于实现仿生疏水表面高效低成本的制备。     

传感技术的发展及在现代农业中的应用

近年来,传感技术发展迅速,有关传感器的新原理、新材料和新技术不断涌现,其在关系国民经济和社会发展等重要领域都有了广泛的应用。该文重点对传感技术在农业的应用进行了概述,对光纤、仿生（农业机器人）和微机电（MEMS）传感器的研究及其在农业中的应用现状做了介绍,并展望了物联网及无线传感网络中传感器的集成应用技术前景,指出产业化发展尚需产学研等各方面协同合作、共同推进,最后阐述了发展传感器产业的意义。      

蝴蝶鳞片微观结构与模型分析

蝴蝶鳞片表面具有脊沟等非光滑结构,这些结构的形态、密度、分布等的微小差别对光线产生折射、反射等光学效应使鳞片呈现不同的颜色.蝴蝶鳞片微观结构的分析是生物结构色隐身研究的理论基础.本文从宏观与微观、表面形态与横截面结构等角度出发,应用电镜对比分析了鳞片的微观结构,构建蝴蝶鳞片分布、形态和结构的优化模型,优化设计出2种仿蝴蝶鳞片微观结构模型.     

鲨鱼皮微电铸复制工艺研究

采用微电铸技术对生物表面形貌进行直接复制以成形出与生物原型形貌相接近的仿生表面,是生物复制成形技术由高聚物成形向金属沉积成形扩展的新途径。以鲨鱼皮为生物模板,针对其表皮微形貌结构特征,通过倾斜溅射方式先在其鳞片表面沉积导电层,进而采用正负间断脉冲电流对鲨鱼皮生物模板进行微电铸复制,成形出鲨鱼皮微电铸模板及仿鲨鱼表面。复制精度分析结果表明,采用微电铸生物复制成形工艺可以实现对鲨鱼皮外端沟槽微形貌的高逼真复制,证明该工艺可以应用于微尺度、复杂生物表面形貌的直接复制。     

HPVC薄壁管性能测试及管土系统承载能力分析

随着低压管道输水灌溉的发展,各地对管材的研究不少。本文内容着重于HPVC薄壁管方面,通过对这种管材的性能测试,提出了减薄壁厚的设计依据,并与厂家合作试制了三种规格的管材(壁厚2mm、φ110mm、φ125mm、φ160mm),进而对管土系统承载能力进行较细的测试分析,提出了在应用施工中应注意的问题。     

新型锐角开沟器的设计及数值模拟

针对锐角开沟器土壤扰动大的问题,根据旗鱼头部轮廓曲线设计了3种新型锐角开沟器(仿生旗鱼型、圆弧型和斜线型开沟器)。选择土壤含水率(12±1)%、2种开沟深度(30、90 mm),利用离散元法(DEM)对3种开沟器的工作阻力和土壤扰动进行仿真分析,并进行土槽试验。试验与仿真结果对比表明:各项误差值均在合理范围内,验证了EDEM软件模拟开沟器作业的可行性和准确性。最后选定在开沟深度60mm时,3种类型开沟器、3种土壤含水率为因素进行9种工况下的仿真分析。结果表明:在一定深度情况下,3种开沟器的工作阻力均随含水率的增加而增大;而在含水率变化的情况下,开沟器对土壤扰动(扰动宽度、回土深度)变化不明显。仿生旗鱼型开沟器所受工作阻力和对土壤扰动最小。通过离散元仿真和试验分析,为开沟器的设计提供一种可行的方法,并可为开沟器的设计与优化提供理论依据。