仿生圆盘犁犁体设计与制作

圆盘犁犁体的工作方式和受力特点与其它触土部件有较大差异。本文从仿生学角度出发，基于土壤动物体表非光滑构成脱土原理，在标准型普通圆盘犁犁体上堆焊仿生几何非光滑结构单元，从而对圆盘犁犁体进行仿生设计制作，使之既满足耕作要求，又能减粘脱土，降低耕作阻力。文中确定了_仿生几何非光滑结构单元的类型、数量、尺寸、分布和材料，分析了制作工艺方法，指出了具体的工艺流程，并制作完成了试验用仿生圆盘犁犁体，为仿生圆盘犁减粘降阻试验研究创造了条件。     

形态/柔性材料二元仿生耦合增效减阻功能表面的设计与试验

通过研究水生生物在流体介质运动中,皮肤可随着流体载荷的变化而发生动态变化,并与皮下组织特有的非光滑结构形成动态耦合,形成具有特定功能的表面的现象,并依据仿生学相似原理,提出一种形态/柔性材料二元耦合功能表面设计的新思想,称之为仿生耦合功能表面(BCFS),该功能表面由不同属性的双层材料构成,利用面层材料的弹性变形以及面层材料与基底材料表面上仿生非光滑结构的耦合,对流体进行主动控制,实现增效减阻功能。探索了将这种仿生耦合功能表面(BCFS)在典型流体机械-泵上面的实现方法,并以效率为目标,进行了仿生耦合功能表面增效减阻功能的试验,试验结果表明,采用这种耦合功能表面的仿生耦合水泵,效率提高了5%以上。     

气动灭火炮弹体橡胶圈仿生凹坑表面减阻特性

针对气动灭火炮炮弹发射过程中弹体橡胶密封圈与炮管之间摩擦阻力大的问题,将仿生凹坑表面减阻技术应用于弹体橡胶密封圈上。建立气动灭火炮橡胶密封圈仿生凹坑减阻运动模型,采用数值模拟方法,研究弹体橡胶密封圈仿生凹坑特征直径及弹体速度对橡胶密封圈与炮管之间摩擦阻力的影响。结果表明:在相同的弹体速度下,当灭火炮弹体橡胶密封圈仿生凹坑特征直径为2mm时,减阻效果最佳,凹坑特征直径为4mm时,减阻效果最差;最大减阻率为17.191%,最小减阻率为3.158%。仿生凹坑中存储的润滑油在弹体运动时,润滑油产生拖拽泼洒而溢流到炮管内壁,对炮管内壁和橡胶密封圈起到润滑作用,达到减小摩擦阻力以及提高炮弹发射速度的目的。     

IC反应器处理低浓度有机废水试验参数相关性研究

针对IC反应器(内循环厌氧反应器)处理低浓度有机废水过程中进水有机负荷、酸碱性等因素的变化,探讨了IC反应器处理低浓度有机废水过程中pH的变化与VFA(挥发性脂肪酸)、碱度等因素的关系.结果表明:根据Pearson简单相关系数法和灰色关联度分析,可以得到COD(化学需氧量)去除率与进水pH值之间的相关系数为0.044,相关性较弱,灰色关联度系数为0.507 7;COD去除率与进水VFA值之间的相关系数为-0.168,具有负相关性,灰色关联度系数为0.601 9;COD去除率与进水碳酸氢盐碱度之间的相关系数为0.259,具有正相关性,灰色关联度系数为0.613 2.     

灰色系统理论在SBS改性沥青中的应用

采用灰色系统关联度分析法首次从数学的角度研究了SBS质量分数与改性沥青理化性能之间的关系。分析结果表明,SBS质量分数对反映沥青低温抗裂性能指标的5℃延度具有很高的关联度,并且对反映沥青高温性能和低温性能的其它指标:软化点、当量软化点(T800)、粘弹范围(T800-T1.2)、当量脆点(T1.2)等都有着较高的关联度,表明SBS显著改善改性沥青的低温性能和高温性能是提高改性沥青路用性能的关键。研究结果与经验分析的结果基本一致,说明在SBS改性沥青研究中引入灰色系统理论是可靠的,对改性沥青研究有一定的指导意义。     

仿生注射器针头减阻试验研究

根据蚊子等昆虫刺吸式口器的结构形态,采用激光雕刻与辊压成型等表面加工技术对普通注射器针头进行了仿生非光滑表面结构形态的加工。运用试验优化技术,找出了针头表面几何非光滑结构单元形态、结构单元深度、间距及直径(宽度)对注射时针头壁与皮肤间摩擦阻力的影响规律,分析了影响因素的主次和最优水平。结果表明,合理的仿生结构单元形态和分布可使仿生注射器针头减阻率达44.5%。该研究成果为仿生无痛注射器研究及其实际应用提供了理论基础。     

仿生注射器针头减阻试验研究

根据蚊子等昆虫刺吸式口器的结构形态,采用激光雕刻与辊压成型等表面加工技术对普通注射器针头进行了仿生非光滑表面结构形态的加工。运用试验优化技术,找出了针头表面几何非光滑结构单元形态、结构单元深度、间距及直径（宽度）对注射时针头壁与皮肤间摩擦阻力的影响规律,分析了影响因素的主次和最优水平。结果表明,合理的仿生结构单元形态和分布可使仿生注射器针头减阻率达44．5％。该研究成果为仿生无痛注射器研究及其实际应用提供了理论基础。     

仿生非光滑用于旋成体减阻的试验研究

基于仿生非光滑表面具有减粘降阻特性的基本思想,通过仿生非光滑表面控制旋成体附壁区的边界层结构来减小旋成体的阻力。利用6因素3水平的正交试验,考察了对旋成体阻力影响较大的6个因素。对具有不同尺寸的凸包、凹坑以及棱纹等形态的非光滑旋成体及光滑旋成体进行了低、亚、超音速风洞试验,并将减阻率作为试验指标。对减阻率的分析表明,三种非光滑表面均能起到减小旋成体阻力的作用,总阻力最大减阻效果为5%左右。用极差法进行正交试验设计分析,得到了影响旋成体阻力因素的主次顺序及最优水平,并探讨了不同仿生表面对旋成体粘性前部阻力(包括表面摩擦阻力及激波阻力等)及底部阻力的不同影响。     

仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性数值模拟

针对仿生射流表面流场问题,基于非光滑表面减阻的仿生学理论,对鲨鱼鳃裂部位射流特征进行分析研究,建立具有类似于鲨鱼腮裂部位射流特征的仿生射流表面模型及可拓模型.利用SST k-ω湍流模型对仿生射流表面模型进行数值模拟,在主流场速度为20 m/s时,分析了不同射流孔径与不同射流速度耦合情况对壁面摩擦阻力、压差阻力及减阻率的影响,并对仿生射流表面减阻机理进行分析.研究表明在射流孔为5 mm时与射流速度耦合情况下的平均减阻率最大,为11.566%,同时为仿生射流表面多因素耦合情况下的减阻特性研究奠定基础.     

机引犁壁及其脱土性

土壤粘附是犁耕作业时犁壁经常遇到的问题,本文分析了我国机引犁壁材料的历史沿革、目前状况及其脱土特性,提出了通过改变合金成分、金相组织及表面状态来改善犁壁脱土性是可行途径。     

基于仿齿压头的物料脆裂力学模型建立及验证

使用仿齿压头对脆性食品物料进行了压碎试验,通过对杵-臼咀嚼模型研究以及对仿齿压头破碎物料的受力分析,建立了基于仿齿压头的物料脆裂力学模型和物料脆裂方程。验证试验结果表明,脆裂力计算值与试验值误差小,物料的脆裂方程能正确反映脆裂力和失效应力之间的关系,脆裂方程表达式正确。相关性分析结果表明,脆裂力与脆性感官评分之间的相关性良好,基于仿齿压头的物料脆裂力学模型可以用于食品物料脆性的评定。     

基于DEMATEL方法的地面仿生机械绿色属性影响因素分析

提出地面仿生机械的绿色制造决策目标,并建立了地面仿生机械的绿色属性影响因素指标体系,采用专家调查的方法确定了各指标之间的相互影响关系。再利用DEMATEL方法进行影响因素的定量分析,初步探讨了地面仿生机械实施绿色制造的关键问题,指出管理人员和掌握仿生技术人员、材料等因素是关键因素。     

臭蜣螂鞘翅的一维本构方程及黏弹性模型的建立

采用纳米压痕技术通过单一压痕研究了臭蜣螂鞘翅的各向异性特性。对臭蜣螂鞘翅进行了黏弹性分析,得到了臭蜣螂鞘翅表皮材料的一维本构方程,并建立了臭蜣螂鞘翅表皮的黏弹性模型的微分方程。该模型可望用于设计具有优异力学性能的仿生复合材料或涂层。     

植物表面非光滑形态与润湿性的关系

从工程角度出发,应用多项对比试验与典型分析相结合的方法,选取吉林省长春地区的部分植物,应用体视显微镜、扫描电镜和静滴接触角测量仪等进行了植物功能叶表面的非光滑形态及与水的表面润湿性和粘附性的试验研究。试验结果表明,植物表面具有的非光滑形态与表面润湿能力的强弱有极大的关系,非光滑单元体的形状和分布是影响植物表面憎水性强弱的决定性因素;规律分布凸包形非光滑单元体的植物表面的憎水性强,脱附效果好;规律密布表皮毛形非光滑单元体次之。上述结果为生物表面仿生工程和复合材料表面设计提供了借鉴。     

用晶格波尔兹曼方法研究表面毛糙对表面疏水性的影响

将固体表面近似为具有简单的周期性矩形毛糙结构的表面,通过建立两相流的晶格玻尔兹曼模型研究液滴在固体表面接触角的变化,探讨微结构对固体材料表面疏水性能的影响,为仿生超疏水表面的制备提供思路.     

沙漠仿生轮胎与普通轮胎牵引性能的对比试验

沙漠仿生轮胎是根据仿生学原理设计和研制的模拟骆驼蹄与沙地作用方式的一种新型轮胎。根据轮胎牵引性能指标,在车辆行走机构-沙地试验台上对沙漠仿生轮胎和普通轮胎的牵引性能进行了对比试验。研究结果表明,沙漠仿生轮胎比普通轮胎具有更好的牵引性能和沙漠通过性能。     

材料科学—它的内涵与外延

材料科学是研究材料的性质与其成份、结构、组织之间关系的共有规律以及各类材料的本质联系的一门综合性科学。目前研究的热点领域有:强化与韧化、表面和界面、功能材料、能源材料、生体材料等。     

Preliminary studies on the basic factors of bionics

The bionic consciousness,idea,and practice opened a unique path for the progress of mankind,the development of the society,and the innovation of science and technology from the subconscious bionic activities of the ancient humans to the significant bionic designs in modern engineering.Nowadays,driven by the practical demand of human beings,bionics becomes an important factor for the sustainable development of technology.A lot of new and outstanding innovations have been produced through the effective interactions between bionics,technology,and demand.The stronger the interactions,the greater the innovation success would be.In this article,the basic factors such as the connotation,characteristics,and interactions of bionic demands,bionic models,bionic simulations,and bionic products were explained,which are the indispensable basic knowledge for improving the ability of innovation especially for the original one,realizing the design and innovation of new technology and manufacturing for better bionic products.     

仿生凹坑与纳米碳化硅/镍基复合镀层耦合表面的磨损性能

为了探讨凹坑形态与纳米碳化硅/镍基复合镀层耦合表面的磨损性能,采用激光技术和电沉积技术制备了由凹坑形态和纳米碳化硅/镍基复合镀层构成的仿生耦合表面,并进行了摩擦和磨损试验。结果表明,仿生耦合表面的磨损性能高于单纯复合镀层的磨损性能;随着磨损载荷的增加和磨损时间的延长,试样表面磨损机制由以塑性磨损为主逐渐转变成以粘着磨损、磨粒磨损为主的磨损机制。     

仿生非光滑表面材料与铝合金制件间的减黏

根据工程仿生学原理,用45#钢和高速钢材料通过激光加工的方式制备出具有网格状结构表面的仿生非光滑试样,并与光滑表面试样在电子万能试验机上进行了脱附对比试验。结果表明,仿生非光滑表面试样的抗黏附性能明显优于光滑表面试样,其与制件间的黏附力比光滑表面降低4.7%~20.9%。观察发现,非光滑单元体的凹坑结构与制件接触界面间形成的空隙降低了试样与制件间的实际接触面积,是使仿生非光滑表面试样具有良好抗黏附性能的主要原因。仿生非光滑结构为提高材料表面的抗黏附性能开辟了一条新途径。