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。     

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     

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。     

交就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，电压两上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。     

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。     

仿生推土板减粘降阻机理初探

试验证明,仿蜣螂头前部“推土板”形状而设计的仿生推土板,具有较明显的减粘降阻效果。为了进一步研究、优化和开发仿生推土板,本文建立了推土板的力学模型,对土壤与推土板接触界面进行了动态分析,并初步探讨了其减粘降阻的机理。     

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。     

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。     

仿生波纹形开沟器减黏降阻性能测试与分析

针对现有普通开沟器在工作过程中易粘土、阻力大等问题,提出一种仿生波纹形开沟器。该仿生开沟器依据土壤动物与生俱来的减黏脱土特性和超高分子量聚乙烯优异的减黏性能,在原有普通开沟器基础上进行设计制造。该文通过田间试验,将牵引阻力设为试验指标,使用正交设计检验仿生开沟器相对于普通开沟器减黏降阻的效果和探究仿生开沟器非光滑表面形态的减黏降阻机理。试验表明,仿生开沟器减黏降阻的效果高于普通开沟器9%左右;入土深度是影响开沟器牵引阻力的主要因素,其次是土壤湿度,工作速度影响最小;通过3因素4水平正交组合试验得出使用仿生开沟器的最优条件:土壤湿度达到16.3%,入土深度有6 cm,工作速度为1.8 km/h。仿生波纹形开沟器具有良好的减黏降阻效果,为后续的仿生开沟器或其他触土部件研究提供参考。     

化学非光滑表面和几何粗糙表面的润湿性

研究了弥散Al₂O₃粒子的尼龙1010基复合涂层和喷涂T8钢—浸渍聚有机硅氧烷的复合涂层两类化学非光滑表面及聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙6、尼龙1010、T8钢、45钢和Al₂O₃粗糙表面的润湿性。导出了弥散球形粒子型化学非光滑表面上液体接触角与其组成相固有接触角关系的方程,该方程与尼龙1010—Al₂O₃粒子复合涂层表面接触角试验结果吻合良好。在尼龙1010基体中加入适量Al₂O₃粒子后,液体接触角未发生明显变化;T8钢喷涂层浸渍聚有机硅氧烷后,表面憎水性明显增强;材料的固有接触角越远离90°,表面粗糙性对接触角的影响越明显。     

波纹型推土板减粘降阻的有限元分析

对波纹型几何非光滑推土板与土壤相互作用进行了二维有限元分析，并通过表面应力、位移及土体中的应力场分析了其减粘降阻原因。为非光滑表面的减粘降阻机理的研究提供定量依据。     

仿生曲面在螺旋桩螺旋叶片上的应用研究

结合典型土壤动物表面减黏降阻特性,提出对防汛抢险螺旋桩螺旋叶片进行表面仿生处理。为了寻求仿生曲面在螺旋桩螺旋叶片上的降阻效果,该文首先以波纹型仿生曲面为研究对象进行台车牵引试验,包括正交试验以及与平板的对比试验;然后把试验结果应用于螺旋桩,进行了螺旋桩沉桩对比试验。波纹型仿生曲面台车牵引试验表明,在试验因素取值范围内,波纹型仿生曲面凸起宽度对减阻效果影响显著,而且随着波纹型仿生曲面凸起宽度的增大,减阻效果愈明显。螺旋桩沉桩对比试验表明在整个沉桩过程中仿生螺旋桩具有一定的减阻效果。     

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。     

沙棘植物柔性坝糙率系数的野外水流试验

为了研究沙棘植物柔性坝的糙率系数,在陕西省华县小华山水库沙棘植物柔性坝进行了沙棘植物柔性坝野外水流试验。运用河流泥沙动力学理论推导了沙棘植物柔性坝的糙率估计公式,并对一定生长期非淹没流的沙棘植物柔性坝的糙率系数进行了估算。结果表明,沙棘柔性坝的糙率范围大致介于0.04~0.09的范围内;并基于野外水流试验数据,按照河流动力学方法对沙棘植物柔性坝的糙率系数进行了反推计算,所得结果与用理论公式估计的结果比较吻合,表明沙棘植物柔性坝糙率理论估计公式可用于对沙棘植物柔性坝的糙率估计,这对于进一步深入研究沙棘植物柔性坝的拦沙效应与机理具有重要意义。     

柔性防护技术在泥石流防护中的应用及研究进展

在简要介绍柔性防护技术防治小型泥石流的原理、特点的基础上，着重介绍了国内外在柔性防护技术防治泥石流方面开展的试验和研究，包括泥石流在发生、发展过程中对柔性网的冲击特性、柔性网在受冲击过程中的变形特征、泥石流所产生的冲击破坏能量计算、数值模拟研究等研究情况。     

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。     

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。