凹坑形仿生刀齿土壤切削力分析

土壤对疏浚机具的粘附会增加切削阻力、降低切削效率。土壤动物的非光滑表面为疏浚机具的仿生设计提供了参考。非光滑表面切削土壤具有减阻的作用,针对凹坑形非光滑表面的刀齿切削土壤的的受力情况进行理论分析,建立了其土壤切削模型。利用软件Fluent进行了凹坑形光滑表面刀齿在土壤切削过程中的力学分析,结果表明:在一定的土壤条件下,与光滑表面刀齿相比,非光滑凹坑形刀齿粘附对土壤粘附力较小,受到的切削阻力也较小。理论分析和与数值模拟均验证了非光滑凹坑形仿生刀齿能够起到预期的减粘减阻的效果。     

波纹形仿生疏浚绞刀刀齿的减粘减阻研究

土壤对水下作业的疏浚绞刀的粘附是影响其工作效率的主要原因,而土壤动物的非光滑表面为疏浚绞刀的减粘减阻仿生设计提供了参考。针对河蚌表面进行研究,应用相似原理设计出4种波纹形仿生疏浚绞刀刀齿,并进行离散元仿真。仿真结果表明,在波纹参数设计合理的条件下,河蚌非光滑波纹表面具有减粘减阻效果,为波纹形仿生疏浚绞刀刀齿参数优化设计奠定了基础。     

疏浚刀齿表面的介质拉伸实验

疏浚机具在土壤切削过程中,由于处土部分与土壤之间的粘附,会使得切削阻力增大,疏浚效率降低。相互接触的两个刀齿界面上存在不同的粘性物质如水、空气、黄油时,会使得界面的粘附力不同,从而导致拉伸所需的拉力大小不同。通过试验,分别对光滑表面刀齿和凹坑形表面结构刀齿,以及两刀齿界面间采用不同的粘性物质,来研究两相互接触的刀齿界面间粘附力大小的影响因素。试验表明：对于相同的刀齿表面,当界面采用空气、水、黄油时,其界面的粘附力依次增大;对于界面间采用相同的粘性物质时,凹坑表面结构刀齿的界面间的粘附力较光滑表面刀齿较小。     

一种界面拉伸试验装置的设计

将土壤粘附界面的实际情况抽象成固体和固体组成的界面粘附情况并设计出一种界面拉伸试验装置。利用此试验装置在界面间加入不同介质的试验并采用仿生非光滑表面的圆盘与光滑表面的圆盘进行对比试验。通过分析试验结果得出土壤界面粘附机理的相关信息及出疏浚机具的相关改进方法。     

基于PRO/E仿生绞刀三维设计

为了降低疏浚机具的粘附和摩擦,提高其效率,从仿生学角度、应用相似原理设计出具有凹坑形结构单元的疏浚机具铰刀刀齿的表面结构,使得刀具与土壤的接触面积减少,且破坏了接触水膜的连续性。利用三维设计软件PRO/E,建立仿生铰刀模型,为以后仿生铰刀的研发设计提供参考。     

仿生微织构球头铣刀对6061铝合金切削性能的影响研究

针对6061铝合金在切削过程中易出现切屑粘刀现象,引起切削力增大和切削表面质量恶化的问题,以贝类体表耐磨、抗粘附非光滑凹槽形态为仿生对象,在两刃球头铣刀前刀面植入凹槽型微织构。为优选仿生微织构结构参数,进行微织构宽度为0μm、30μm、50μm、70μm、90μm、120μm的球头铣刀铣削试验。通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)、切削力均值分析及铣削表面三维形貌分析,研究了仿生微织构球头铣刀凹槽宽度对6061铝合金切削性能的影响。结果表明:仿生微织构宽度对球头铣刀切削稳定性、耐磨性及铣削表面质量具有重要影响。优选出仿生微织构宽度为70μm时对减小三向切削力、改善切削稳定性和提高6061铝合金铣削表面质量均有较理想的效果。     

仿蜣螂虫凹坑形镐形截齿的设计与研究

采煤机截齿齿体的耐磨性能直接影响截齿的使用寿命。在分析对比了现有的截齿齿体耐磨技术的基础上,通过对仿生学中凹坑形非光滑表面的耐磨机理分析研究,设计出了一种齿体带有凹坑形非光滑表面的截齿齿体结构,并进行了模拟的摩擦磨损试验。通过对16种不同参数凹坑结构的摩擦磨损试验结果研究表明,凹坑形非光滑表面结构的耐磨性相对于光滑表面有显著的提升,并通过正交试验分析了凹坑形仿生非光滑结构各参数对耐磨性的影响。     

载能电刀仿生防粘表面技术

微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优点已逐渐成为外科手术主流。微创手术组织的切割、止血常采用载能手术器械如电刀、电凝钩来完成,组织粘刀严重,会引起结痂、粘刀撕裂,造成二次创伤引起医疗事故。如何解决载能手术刀粘刀是微创手术器械面临的重要技术难题,本研究师法自然,从自然中汲取表面超滑防粘创新灵感,在揭示猪笼草湿滑防粘机制的基础上,提出液膜式防粘新策略,研究了仿生防粘表面结构高温防粘机理以及制备工艺方法。通过软组织载能切削试验测试了仿生防粘表面防粘性能、以及组织热损伤与耐久性,试验结果证实了仿生防粘表面的防粘效果得到显著提升,组织粘附力降低80%、组织粘附量降低88%、创口损伤面积减小82.6%、热损伤面积减小71%,满足了载能微创手术器械防粘技术要求。     

基于贝壳表面结构疏浚铰刀刀齿的仿生设计

疏浚铰刀在水下作业时,泥沙对疏浚铰刀的黏附降低了其工作效率。从仿生学的角度出发,研究具有减黏减阻作用的疏浚铰刀其原理是可行的。利用逆向工程技术,建立了仿河蚌壳外表面结构的数学模型,并依据此数学模型,用三维设计软件SolidWorks设计了3种不同分布间距的棱纹形仿生疏浚铰刀刀齿。     

基于Solidwoks的仿生绞刀的三维建模

仿生绞刀是在传统绞刀表面设计典型生物的凸包等结构单元,从而降低土壤的粘附力和摩擦阻力,获得减粘降阻的效果.根据仿生结构的参数方程,利用三维机械设计软件Solidwoks,建立仿生绞刀的三维模型.