臭蜣螂唇基表面轮廓曲线数学模型建立及分析

利用蜣螂头部的激光三维扫描数据点云抽取蜣螂头部的表面轮廓线数据,用最小二乘法进行数据拟合,求取以高斯函数类表示的曲线拟合方程。通过计算得出拟合曲线的曲率和二阶导数并绘制了曲率图和二阶导数图。通过拟合曲线的曲率图和二阶导数图的变化,对蜣螂头部表面轮廓线进行了分析,认为蜣螂头部特定的几何外形对其挖土打洞具有重要的作用。     

蛇腹鳞表面的超微结构及减阻机理

用原子力显微镜观测了竹叶青蛇、短尾蝮蛇和赤链华游蛇腹鳞表面的超微结构,分析了腹鳞表面的减阻机理。结果表明:3种蛇腹鳞表面的超微结构均为微凸体、微孔和凹坑周期排列的规律结构;蛇的栖息环境不同,超微结构的排间距、微凸体长度以及微孔的直径、数量不同。从陆栖到水栖,微凸体长度逐渐减小,微孔数量逐渐增加。微凸体减少了腹鳞和地面间的实际接触面积,从而减小了滑动时的粘着力;腹鳞表面的疏水性,减少了接触面间水的粘附力。     

深松铲入土力学分析与振动减阻机理研究

对深松铲入土时与土壤的力学作用进行分析,得出土壤的变形阻力是影响牵引阻力的主要因素,从而提出振动减阻机理,即利用振动使土壤从无结构转变为有结构,达到减小耕作阻力、提高作业质量、降低能源消耗、提高生产效率的效果。     

触土曲面准线曲率特征及其减阻性能分析

准线形式对土壤工作部件触土曲面几何形式、工作阻力和土壤扰动状况均有重要影响。从曲率趋势线、曲率半径梳和曲率半径中心轨迹3个角度,分析了直线、圆弧线、摆线、抛物线及仿生曲线等5种典型触土曲面准线形式的内在几何特征及其与减阻性能之间的关系。准线形式或触土曲面形式的改变直接改变了与之接触的土壤所受法向压力作用规律,并通过改变切土阻力、土壤内摩擦阻力、土壤-触土曲面摩擦阻力及对底部土壤的压实阻力等因素中的一种或几种,使得整体工作阻力和土壤扰动产生了不同效果。研究结果表明:具有较简单常数曲率变化趋势的直纹面、圆弧面减阻性能相对较差;曲率半径中心轨迹具有多个极值点、有拐点且分段连续特殊几何特征的仿生曲面,在工作过程中能够同时降低土壤内摩擦阻力、土壤-触土曲面摩擦阻力及对底部土壤的压实阻力等几个因素的水平,并可获得极佳的减阻性能。研究对于深入掌握触土曲面几何与力学特性及触土曲面高效节能设计方法具有较重要的参考意义。     

土壤旋切振动减阻的有限元分析

提出了一种对旋耕机具施加振动载荷进行压实土壤切削减阻的方法。对板结土壤参数进行土壤三轴测试试验,结合LS—DYNA的MAT147材料模型,测试土壤材料模型参数,并建立了南方丘陵地带板结土壤本构模型及土壤振动旋切过程的有限元数值模型。通过三维数值模拟和计算,分析了外加激励的振型、频率及振幅等因素对土壤切削阻力的影响及变化规律,并得到实现最优减阻效果的各项参数组合。研究结果表明,采用振动旋耕机具进行土壤作业过程中,选择合适振动频率、幅值以及振动类型的外加刀具振动能实现土壤耕作减阻,有效降低机具的土壤切削功率。     

气压劈裂式深松铲的土壤劈裂减阻机理及有限元分析

针对我国现有土壤深松机械存在深松阻力大、深松幅度小等问题,研制了一种工作阻力小、深松效率高的气压劈裂式深松铲。首先建立了土壤与铲面在有无气压劈裂的工况下的力学模型,并进行对比分析,研究气压劈裂减阻机理,推导出在气压劈裂下的牵引阻力计算公式;然后,为验证设计的可靠性,对深松铲整体结构进行静力学分析与动力学分析。结果表明:气压劈裂式深松铲能够有效减小深松阻力,深松铲的最大应力远小于所选材料的屈服应力,且固有频率可明显避开与机身结构的共振频率。     

二维凹坑型非光滑单元体深度对减阻性能的影响分析

应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,对比相同条件下不同深度二维凹坑型非光滑单元体减阻性能的差异,从中分析非光滑单元体的深度减阻性能的影响。经仿真发现:当来流速度为7m/s时,深度为0.2mm的凹坑型非光滑单元体减阻率为15.97%,深度为0.4mm减阻率达到最大值18.08%,而深度为0.6mm时,减阻率出现负值,说明无法实现减阻。最后对二维凹坑型非光滑单元体的减阻原理进行了分析,发现在凹坑中形成反向旋转的涡,从而形成"涡垫"效应,将空气与壁面的滑移摩擦变为滚动摩擦,从而使摩擦阻力有效减少。     

基于UG NX求作两曲面立体相贯线的投影分析

运用UG NX三维模型实现了辅助球面法及辅助柱面法求相贯线过程的演示,相贯线的提取及定向图为作相贯线投影图提供准确依据,并通过调节模型中辅助面的透明度,展示并剖析了两种方法求作复杂曲面立体相贯线的投影过程和三面共点原理,从而使复杂曲面立体相交的情况变得简单明了。     

基于逆向工程技术的蜣螂外形数据采集与处理

采用三维激光扫描系统测量了臭蜣螂几何体表外形,获取了臭蜣螂几何体表外形的数据点云。利用逆向工程软件进行数据点云的平滑处理、精简处理及其多视数据的定位与拼接。使用点云数据网格化、曲面特征抽取与数据分片、曲面分割及直接拟合曲面片的造型方法,成功进行了臭蜣螂体表外形三维几何曲面模型的重构。     

蚯蚓非光滑体表减粘降阻试验

以赤子爱胜蚓为研究对象,根据其运动特性,制备了头部静息态、舒张态、收缩态及体部静息态、舒张态、收缩态6种体表试样;利用微粘附力测试系统,对蚯蚓体表试样和钢试样进行土壤粘附力和滑动阻力试验.试验结果表明,蚯蚓体表试样的减粘降阻效果由大到小依次是收缩态、静息态、舒张态;而且,头部减粘降阻效果比体部明显;在试验条件下,头部收缩态的土壤粘附力和滑动阻力分别为钢试样的25%和61%,而体部收缩态的土壤粘附力和滑动阻力分别为钢试样的44%和71%.     

黄鼠柔性体表在体降阻行为研究

以虚拟仪器构建了数据采集处理系统 ,对典型土壤动物黄鼠的生物柔性体表进行了在体减阻行为测试研究 ,结果表明对于同一个黄鼠 ,在体试样的滑动阻力明显比离体的低 ,其减阻率为 16 %～ 2 7% ;在相同压力作用下 ,黄鼠在体试样的触土面积比离体的大 ,说明活鼠的肌肉可对外力的激励做出反应 ,能适当调节触土面积使身体受力均匀并减少阻力 ;与钢板试样的对比试验结果表明 ,黄鼠在体试样具有优良的自清洁功能。     

基于降阻节能技术的凿式深松机的研制与试验分析

针对现有深松农机具作业阻力大、能耗高、易堵塞及热带地区适用性不强等问题,研制了一款降阻节能凿式深松机。该机利用凿击原理,配合切盘及刃口犁柱等结构,能显著降低能耗、有效缓解机具堵塞。试验结果表明:该机结构相对简单,生产率达0.55 hm~2/h,油耗为25.3 kg/hm~2,松土深度42 mm,破土率97.8%,各项指标均达到设计要求。     

土壤机械阻力的连续测定及空间变异结构分析

设计了一个土壤机械阻力连续测定系统。利用试验所得数据,初步探讨了土壤机械阻力的空间变异性和分形特征。结果表明,土壤机械阻力表现出空间变异结构,在一定范围内存在空间相关现象,用半方差法和功率谱密度法计算出土壤机械阻力的分维值分别为1.79~1.91和2.12~2.30。     

油菜直播机铧式开畦沟前犁曲面分析与阻力特性试验

阐述了铧式开畦沟前犁装置的基本结构组成,比较分析了铧式开畦沟前犁装置翻土型犁体曲面和改进型碎土型犁体曲面特征,提出以犁体牵引阻力、犁耕比阻及功耗为主要评价指标,借助高速数字化土槽试验平台,开展了前进速度、沟深、沟宽、土壤坚实度等影响要素的试验研究。试验结果表明:沟深对牵引阻力、犁耕比阻影响最显著,前进速度、沟深对功耗影响最显著;改进型犁体装置牵引阻力、犁耕比阻、功耗都分别为原设计犁体的35%~50%。     

表面改性粉末冶金件耐磨性影响因素分析

用纳米Al2O3与铁粉相混合作为铁基粉末冶金件的表面改性材料，通过激光熔覆试验对冶金件进行表面改性。运用优化设计法。在MM-200摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，纳米Al2O3与铁粉涂层激光熔覆后，粉末冶金件表面耐磨性显著提高，得出影响耐磨性因素的回归方程。方程表明：纳米Al2O3的质量分数与载荷都是影响耐磨性的显著因素，且载荷的影响较纳米Al2O3质量分数显著。磨损量对比曲线显示，当纳米Al2O3质量分数为4％、8％时，随载荷增大磨损量趋于一致。