仿生通孔形活塞裙部耐磨性能研究

目的为了减少发动机活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。方法基于仿生非光滑理论,以蚯蚓体表形态为仿生原形,在LX-2V型发动机活塞裙部设计出以孔的直径、每行孔间距、孔沿圆周角度为参数的仿生通孔形结构。采用正交设计方案对不同参数的仿生通孔形活塞进行有限元热结构耦合分析。以裙部最大变形量、裙部变形范围、裙部对称中心线上点与一侧点的应力差值作为评价活塞裙部耐磨性的标准,优选出模拟分析中耐磨性能良好的三个仿生活塞,并与标准活塞同时进行发动机台架磨损试验。结果合理的仿生通孔形结构可以有效减少活塞裙部磨损,提高裙部耐磨性。相对于标准活塞,当仿生活塞孔的直径为5 mm、每行孔的间距为6.5 mm、孔沿圆周角度为16°时,其耐磨性最大提高49%。结论过小的裙部最大变形量、过大的裙部变形范围,均不利于活塞裙部与缸套之间油膜的形成与保持,从而使活塞裙部磨损加剧。结合活塞裙部粗糙度值分析可知,合理的仿生通孔形结构可以优化裙部表面所受摩擦力,是进一步降低活塞裙部所受磨损的重要原因。     

供电企业实现"零欠费"目标的分析与研究

电是商品,供电企业把电费回收当成第一经营指标天经地义。当欠费成为一种社会顽症时,供电企业曾被压得喘不过气来,不仅严重影响了企业经济效益,也给发电企业带来难以估量的后果,欠费"黑洞"给国家资金造成了严重流失。以实现"零欠费"的A公司为例,从造成欠费的原因、A公司怎样终结欠费时代、A公司实现"零欠费"的启示方面予以论述。     

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.     

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。     

蝴蝶翅膀表面非光滑鳞片对润湿性的影响

对8科34属48种蝴蝶翅膀表面的润湿性进行了定性、定量研究。用扫描电子显微镜对蝴蝶翅膀表面进行观察得到:鳞片长为55~150μm,宽为35~105μm,鳞片上突起的高为200~950 nm。用视频光学接触角测量仪对翅膀表面的静态接触角和滚动角进行测量得到:接触角为134.0°~159.2°,表明翅膀表面具有较强的疏水性;顺向滚动角均小于3°,逆向滚动角均大于65°,表明翅膀鳞片结构具有明显的各向异性。蝴蝶翅膀表面的润湿性是由鳞片微米和纳米结构协同作用的结果。     

凹槽形仿生针头减阻试验及机理分析

从仿生学角度出发,依据蚊子口器的形态结构,设计了凹槽形仿生结构针头。采用激光表面毛化处理机加工出凹槽形仿生针头,对仿生针头的穿刺阻力进行了测定,并对其刺入机理进行了分析。试验表明:凹槽形仿生针头较光滑针头具有减阻效果,且减阻效果随凹槽数量的增加而增大,凹槽宽度对针头的减阻效果呈先增后减的趋势;针头与刺入介质接触面积越小,针头减阻效果越好;凹槽结构在刺入过程中产生涡流效应,使滑动摩擦变为滚动摩擦,减小了摩擦阻力。     

带有仿生凹槽结构的活塞裙部优化设计

以某型发动机为研究对象,受生物界土壤动物蚯蚓和凹槽形减阻机构减阻运动的启发,将具有减阻耐磨性能的凹槽形态加工在发动机中的主要摩擦副气缸活塞裙部。根据标准活塞受力分布带情况,考虑到活塞受力的不均匀情况,设计了变槽深、宽和孔径的仿生结构,并将其加工在活塞裙部表面。运用正交试验方法制定了9种试验方案,理论研究算出每个试验中加载的边界载荷条件,进行有限元分析,得出可以考察活塞裙部减阻耐磨性能的三个目标变量:最大变形、最大应力、最大载荷。应用综合平衡分析法对试验指标进行优化设计,最终得出主次因素排序为:A孔槽分布类型、B凹槽深度、C凹槽宽度,最优水平为A3B1C3。     

蜻蜓翅膀的自清洁特性及其动特性分析

本文从蜻蜓翅膀表面自清洁特性出发,利用有限元方法分析了蜻蜓翅膀结构的质量稳定性与动特性间的关系。研究表明:蜻蜓翅膀结构的固有频率大于翅膀的拍翅频率,有效避免了共振现象的发生,而受污染之后的翅膀,频率降低,接近于拍翅频率,易导致灾难性的后果。蜻蜓翅膀表面的自清洁功能能够保证蜻蜓翅膀稳定的动力学特性。本文的研究为飞行器的稳定性设计提供了新的设计方法和思路。