基于ANSYS/LS-DYNA的仿生刀具土壤切削的动力学仿真

在ANAYS/LS-DYNA中建立了普通刀具和仿生刀具的有限元模型,并运用显示动力学分析程序ANSYS/LSDYNA对两种刀具切削土壤过程进行了数值模拟分析,得到了切削土壤的等效应力分布情况。结果表明,仿生刀具可以起到减小切削阻力的效果。     

轨腰仿生自分层防腐梯度涂料合成及影响因素和结构探究

目的仿荷藕结构及功能,制备一种自分层防腐涂料。方法合成聚氨酯改性环氧树脂(PU/EP)及氟硅改性丙烯酸树脂(氟硅改性PAA),将两种树脂共混形成自分层涂料。通过铅笔硬度测试、机械性能测试、接触角测试、耐老化测试、划格法附着力测试、电化学阻抗测试等,分别评价两种树脂比例、混合溶剂比例对涂膜自分层行为及性能的影响,并通过SEM-EDS、红外光谱等表征技术分析涂膜分层后的结构。结果当PU/EP∶氟硅改性PAA=1∶1时,接触角达到96.0°,柔韧性为0.5 mm,耐冲击为50 cm,附着力等级为1,失光率降至19%;乙酸丁酯(NBAC)∶正丁醇(NBA)=4∶6时,涂膜分层情况良好,接触角达到107.7°,浸泡水中48 h耐水性无变化,失光率降至17%。SEM-EDS、红外光谱分析表明,自分层涂膜上层为氟硅改性PAA、底层为PU/EP,中间存在过渡涂层,过渡层两种树脂中的─COOH、─OH、环氧基发生反应,使整个涂层更具稳定性。经由EIS分析,在3.5%NaCl溶液中浸泡40天后,腐蚀介质没有渗透涂膜到达基底金属界面。结论制备的轨腰仿生自分层涂膜的机械性能、附着力、疏水性、耐老化、防腐蚀性能优异,涂膜结构稳定。     

基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感，在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上，设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样，并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明：由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少，限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高，但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍；当仿生结构复合材料试样受到冲击力时，其内部六边形结构的连接角度会发生变化，从而极大消耗冲击能量，同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展，因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍；仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能，且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造，可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。     

仿生气味传感器阵列判识煤矿火灾的实验研究

简要介绍了气味识别技术的国内外发展现状以及气味传感器种类和发展，研究了传感器阵列对不同气味物质的敏感特性以及对不同气味源物质及其混合比的识别机理，考察了矿井监测地点本底值随生产状况变化规律及其对气味传感器的影响.研究表明，基于人工神经网络系统，多气味传感器阵列可以识别矿井火灾类型、燃烧物的种类及其混合比.     

圆柱状卫星侧表面温度场均匀化设计

温度场均匀化设计因有利于航天器的稳定高效运行而获得越来越多的重视。本文针对简化的圆柱状卫星,采用仿生优化方法对给定量的高导热材料进行优化分布,以均匀化卫星侧表面温度场。同时,本文还基于理论分析了温度场均匀化过程中卫星的导热热阻和辐射热阻的变化情况,讨论了太阳光入射角度对卫星侧表面温度场的影响。结果表明,仿生优化方法能有效均匀化温度场,但该优化结果对应的温度场的稳定性在一定程度上受太阳光入射角度影响;在温度场均匀化过程中,卫星导热热阻与辐射热阻呈下降趋势,这表明卫星侧表面的传热性能在这一过程中得到了提高。     

液力变矩器仿生叶片压降性能试验

为了提高液力变矩器的性能和效率,在改变叶轮和叶片常规参数的基础上,将仿生学技术融入到叶片设计和试验当中.首先介绍了仿生植物叶片表面和仿生动物皮肤表面设计叶片的思想,然后给出了仿生叶片的制造过程,最后利用研制的试验台对设计的仿生叶片进行了压降性能测试.试验表明,该仿生叶片的减阻特性优于光滑叶片,进而可减小液力变矩器的内部流动损失,提高液力变矩器的整体效率.该试验设计思路和实施过程还可为如何利用仿生学的思想解决工程实践中遇到的问题提供借鉴.     

动态仿生设计手法初探

确定动态仿生设计的概念和范畴,通过分析现有的动态仿生产品,归纳出动态仿生设计的三类主要手法,包括外形结构变化式手法、传神意象式手法和移植现代、后现代艺术手法,并总结出这些手法的特点和应用方式,以期为动态仿生设计的研究起到抛砖引玉的作用.     

基于统计方法的高速钢凸包型仿生表面磨损量建模

采用激光技术在W6Mo5Cr4V2高速钢试件表面加工出凸包型仿生单元。选取凸包的直径、间距和高度作为仿生单元参数,应用Box-Behnken中心组合试验设计方法,设计并进行高速钢仿生表面的摩擦磨损试验,通过回归分析,建立高速钢仿生表面磨损量与仿生单元参数之间的二阶数学模型。分别应用F检验法和相关系数检验法,验证磨损量数学模型显著。磨损量模型的预测精度分析和磨损试验表明,建立的数学模型能够描述磨损量与仿生单元参数之间的关系。通过方差分析,得到高速钢凸包型仿生单元参数对仿生表面磨损量的影响程度依次为间距、高度和直径。     

硬质合金激光改性协同仿生微织构对硼掺杂金刚石涂层性能的影响

目的 研制应用于超精密加工领域的高性能金刚石涂层,探究硬质合金基体表面激光微织构对硼掺杂金刚石(BDD)涂层沉积质量的影响,分析不同类型的仿生微织构对基–膜结合强度、工具切削性能的改善效果及原因。方法 在硬质合金表面使用激光脉冲制备不同类型的仿生微织构,并通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法在刀具表面沉积BDD涂层。采用数显洛氏硬度计(HRS-150)、超景深三维显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、白光干涉表面轮廓仪、拉曼光谱(Raman)对样品进行表征。通过压痕试验及铣削试验研究涂层的附着强度和刀具的切削性能。结果 激光微织构边缘发生表面硬化。激光微织构区域沉积BDD涂层后,基体表面缺陷显著降低,织构内部金刚石晶粒更密集,沉积质量提升,三角织构(TT)边缘的金刚石颗粒堆积坡度最缓,不同类型的织构化BDD涂层的粗糙度、金刚石纯度、切削性能及附着强度均不同,涂层附着力与表面硬度呈正相关。硼掺杂三角织构(BDTTD)涂层刀具具有最佳的切削性能。结论 织构边缘和内部具有更高的金刚石二次成核率和沉积质量。织构的存在可以提升BDD涂层的附着强度和刀具性能,并且织构边缘的涂层附着力最强,这些得益于激光烧蚀及仿生微织构对硬质合金表面的硬化及对BDD涂层内在缺陷的修复。     

基于飞秒激光和自组装技术提高树脂涂层疏水性的工艺

目的 针对超疏水涂料功能持久性差的问题,提出一种将飞秒激光加工技术与微球近场效应原理相结合在氟化有机硅树脂表面制备微纳米仿生结构的解决方案。方法 模仿蝴蝶翅膀鳞片微结构特征,以平滑的氟化有机硅树脂表面为基体,采用纳米自组装技术在其表面生长一层二氧化硅微球薄膜,然后设置飞秒激光器的参数,利用激光脉冲能量加工单层二氧化硅微球薄膜,二氧化硅微球颗粒对激光能量有进一步的聚焦加强作用,可以加工微纳米尺寸的结构。重点研究激光功率和扫描速度等参量对氟硅树脂图案形貌及疏水性的影响,并对比分析超疏水涂料和仿生微纳米表面的疏水功能持久性。结果 激光扫描速度和功率参量对仿生表面疏水性能的影响较大,在激光功率为9 mW、扫描速度为10 mm/s、加工间距为10μm时可以获得最佳疏水性能,其接触角达到150°以上,通过常用的摩擦磨损测试实验,对比分析实验结果发现,氟硅树脂层经历200～1000次摩擦后,其接触角（CA）的下降幅度低于传统涂料组,说明具有仿生纳米坑结构的表面的耐磨性更强。结论 利用飞秒激光加工的纳米微孔阵列结构可以明显提高氟硅树脂的疏水特性,并具有优异的持久性。