几种典型材料与冰的冻粘系数

首先提出了用于表征在一定温度下材料与冰的界面粘合强度的性能参数-冻粘系数的概念.并以7种金属与非金属材料为试验对象,采用自制的冻粘强度测试装置,在不同的温度下分别测定了它们与冰的法向与切向冻粘强度(即冻粘系数).结果表明:一般情况下,材料与冰的法向冻粘系数大于切向冻粘系数;软基材料与冰的冻粘系数一般小于硬基材料冻粘系数;具有一定粗糙度材料与冰的冻粘系数大于同质光滑表面材料与冰的冻粘系数.     

火星车主动悬架设计及蠕动脱困策略

在摇臂式悬架的基础上,设计了我国火星车主动悬架结构,制定了大沉陷时蠕动脱困和抬轮脱困控制策略,并进行了4次整车蠕动验证试验.试验结果表明:4次蠕动行驶均使得火星车从沉陷中顺利脱困;蠕动行驶时,整车平均功率为13.5?18.94 W,最大功率为24.8?52.4 W;6个驱动电机平均电流和最大电流比正常行驶时均相应增加,平均电流增加了9.7％?74.8％,最大电流增加了9.6％?34.5％.结果表明,主动悬架配合蠕动脱困策略可以解决摇臂式悬架存在的松软地面沉陷风险,提高我国火星车在松软火星表面的通过性.     

德国牧羊犬的关节角及其地反力

利用VICON MX三维动作捕捉系统测定了德国牧羊犬水平面小跑和行走时前后肢关节角度的变化,并结合KISTLER测力台对德国牧羊犬地反力进行了测定。实验结果表明:在水平面上,随着速度增大,前后肢关节角变化范围增大,前肢肩关节角及肘关节角变化范围分别由28.6°和57.3°增大到31.5°和65.2°,腕关节角变化范围则由128.2°减小到112.5°;后肢各关节角变化范围均有所增加。由地反力测定可知,犬前肢制动时间占整个前肢触地时间的(55.8±3.4)%,前肢推进时间占整个前肢触地时间的(44.2±3.4)%,后肢制动时间占整个后肢触地时间的(32.4±3.3)%,后肢推进时间占整个后肢触地时间的(67.6±3.3)%。本文还从运动学和动力学角度对德国牧羊犬关节角度及地反力变化机理进行了分析。     

沟槽非光滑表面流场的数值分析

利用有限体积法对三角形仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算。近壁面区采用B-L两层模型,外区采用雷诺应力模型。分析了沟槽表面的流场特性,对计算域中心Z=3 mm平面的速度场和湍流统计量进行了研究。顶点间距s+≈20,h+≈17.3的沟槽减阻率为5.2%;s+≈40,h+≈34.6的沟槽增阻率为12.3%。从速度场、剪应力及湍流统计三方面对沟槽表面减阻、增阻机理进行了分析讨论。与风洞和油槽实验数据定性对比的结果表明,理论计算与实验结果一致。     

蜻蜓翅膀微观结构及其润湿性

利用视频光学接触角测量仪对6种蜻蜓翅膀表面的接触角进行了测量,发现蜻蜓翅膀具有疏水性能,接触角在135.14°~149.85°之间,其值与测量部位无关,与蜻蜓种类有关。用扫描电子显微镜对蜻蜓翅膀表面微观结构进行观测,发现蜻蜓翅膀上布满柱状纳米级结构形态,柱直径分布范围为66.90~200.73 nm,柱间距为20.00~650.00 nm,翅膜厚度为1.58~4.08μm。分析了蜻蜓翅膀表面疏水机理,研究表明:蜻蜓翅膀的疏水机理满足Cassie模型,其疏水性能主要由体表纳米级别的柱状结构与体表成分共同作用的结果。蜻蜓翅膀润湿性能的研究为微型飞行器及自清洁材料的制备提供了理论依据。     

家燕翅展翼型的气动特性

对家燕滑翔时的后掠形姿态翅翼和完全展开形姿态翅翼进行了三维重构,获取了每种形态下4条不同展弦比的翼型。利用FULENT里的S-A模型对获取的翼型进行了气动特性模拟分析。结果表明:两种姿态下的翅翼最大升阻比攻角范围均在3°～5°,展弦比在35%处的翼型具有最优的气动特性。分析指出:后掠形姿态翅翼展弦比在35%处的翼型前缘半径较小,最大厚度位置靠近后缘且翼型线性曲率变化较慢,是产生较优气动特性的原因。     

利用柔性仿生技术减少矿车粘附

针对矿车的粘煤问题,应用柔性仿生技术设计了柔性仿生矿车,进行了减少矿车粘附的模型和实体试验。研究了在湿粘与冻粘时,煤的含水量、矿车装卸循环次数和煤的冷冻时间对柔性仿生矿车和普通矿车粘煤的影响规律,并进行了柔性仿生技术的现场试验。结果表明:采用柔性仿生技术可以有效地解决煤的湿粘和冻粘,脱煤率达95%以上。     

表面形态对结冰附着强度的影响

以水结冰过程相变膨胀为理论基础,利用试验优化设计方案以亚克力(PMMA)为材料设计加工了凹陷形态试样,并对其进行表面水结冰附着强度测试。试验表明,PMMA表面上的凹陷形态虽然实际上增加了水(冰)与材料的接触面积(冻结界面),但部分试样结冰附着强度较光滑板附着强度有明显降低。通过对水结冰过程的形态显微观察分析指出,基体表面上的宏观凹陷形式通过水结冰的相变过程对冰/固界面的影响作用,会造成结冰附着强度的降低。     

仿生非光滑表面在混合润滑状态下的摩擦性能

模仿蚯蚓的非光滑表面形态及其分泌体表液的摩擦行为和作用,利用摩擦试验台对模拟蚯蚓体表形态的凹坑、导角通孔、通孔三种仿生非光滑表面形态进行了滴油混合润滑摩擦试验。试验结果表明,在混合润滑情况下,接近蚯蚓背孔的通孔形仿生非光滑表面结构具有优良的减阻、耐磨效应,并从非光滑形态对润滑状态影响规律及对摩擦界面材料特性影响规律探讨了仿生非光滑形态对摩擦性能的影响机理。     

仿生非光滑通孔耐磨机制有限元分析

利用ANSYS软件，以平板试件为对比基准，对具有仿生非光滑通孔结构试件的耐磨机制进行了有限元分析。分析表明，仿生非光滑通孔具有削弱应力集中、均匀分布应力的功能，使试件整体受力均匀、接触状态良好，从而提高试件的摩擦磨损性能；通孔附近前大后小的应力分布方式，有利于收集润滑油、切削磨粒，改善其润滑状态，减小磨粒磨损。