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。     

水泥混凝土粘附界面的影响因素

从水泥混凝土与工作部件表面的界面水膜特性、水泥混凝土特性、工作部件表面特性、外部因素等角度入手,分析了水泥混凝土粘附界面影响因素。结果表明,水泥混凝土和工作部件的界面产生粘附的主要影响因素包括界面水膜、水灰比、砂灰比、沙率、粗集料形状、外加剂、工作部件表面形状、材料以及外力和温度等。通过分析对接触界面的水膜连续性和粘附界面的实际接触面积有影响的关键性因素,探讨了实现对水泥混凝土减粘脱附的有效途径,为利用土壤动物减粘脱附仿生研究成果解决水泥混凝土粘附问题创造了条件。     

Fe-C-Ti-Mn合金系中TiC原位生成反应的热力学分析

根据溶液热力学理论对Fe C Ti Mn体系中TiC增强体的原位合成进行了热力学分析。计算表明,体系中TiC优先于Fe3C和Fe2Ti形成,且在热力学上比Fe3C和Fe2Ti稳定。多数情况下,TiC基体合金在液态未凝固时即可形成,而Fe3C和Fe2Ti则是在合金凝固和冷却过程中才有可能析出。随C含量增加,形成TiC和Fe3C的可能性增大;随Ti含量增加,形成Fe2Ti的可能性增大,而形成Fe3C的可能性减小;高Ti高C时,有利于形成TiC,高Ti低C时有利于形成Fe2Ti;高C低Ti时有利于形成Fe3C;添加适量的Mn既可有效抑制Fe3C的形成,又明显降低TiC的合成温度,使大多数TiC的合成反应发生在合金熔体充满铸型后的冷却、凝固过程中,可能解决TiC过早析出、熔体粘度增大、充型困难等问题。     

仿生非光滑旋成体表面减阻特性数值模拟

在前期进行的仿生非光滑旋成体模型低速风洞试验的基础上,将非光滑形态在旋成体模型上的排列方式固定为矩形布置,非光滑的尺寸固定为直径或宽度为1 mm,深度或高度为0.5 mm,在风速为44 m/s时,对布置在模型尾部的凸包形、凹坑形和棱纹形三种非光滑模型与表面光滑模型进行了对比模拟试验。试验结果表明,布置在尾部的非光滑结构能够有效地降低模型的压差阻力,尤其是棱纹状非光滑形态模型,压差阻力降低了25.3%,总阻力降低了11.12%。     

凸包形仿生推土板表面的数学建模与优化设计

本文根据土壤动物凸包形几何非光滑体表的特征规律,构建了两种凸包形仿生推土板表面的数学描述式,利用地面机械仿生学及地面车辆理论的研究结果,给出土壤下压深度的计算公式,建立了凸包形仿生推土板的优化模型;并借助于遗传算法给出了求解算法,针对不同类型的土壤得到了凸包形仿生推土板表面的优化设计方案。     

离心式水泵仿生非光滑增效的试验研究

基于仿生非光滑技术,通过改变离心式水泵中液体的流动结构降低固液界面的阻力,研究了水泵的增效问题。并设计了试验系统,采用L9(34)正交试验,以离心式水泵效率为试验指标,进行了离心式水泵的流量、扬程、电压和电流的测量。对比试验表明,在离心式水泵的有效工作流量范围内,某些仿生改形表面的模型具有十分明显的效果,效率提高最大为3.45%,最大增效率为6.81%。并优化出在两个流量段的主次因素和最优水平,为仿生非光滑技术在离心式水泵中应用的进一步研究提供了前期基础。     

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。     

典型植物叶片非光滑表面的纳米力学特性

利用纳米技术对几种典型植物叶片表面进行了纳米级硬度的测定。结果表明:不同质地、不同生存环境的植物叶表面形态、结构不同,从而使植物叶表面的硬度不同。其中革质鲜叶片(毛竹,紫丁香)表面硬度较大,蜡质叶片(水莲,美人蕉等)硬度较小;植物非光滑叶表形态中凸包处硬度较凹坑处的硬度大;同一叶片表层的硬度大于内层的硬度。本研究为工程仿生的表面耐磨涂层设计及其自然复合材料的选择提供有益参考。     

硬质陶瓷粒子增强铝基复合材料——Ⅱ—机械性能与磨损特性

铸造铝合金中均匀弥散适当含量和尺寸的硬质陶瓷粒子能够提高强度或与基体合金保持相近的强度水平,硬质陶瓷粒子加入使复合材料的硬度和耐磨料磨损性能明显提高。本文对硬质陶瓷粒子增强铝基复合材料的机械性能和磨损特性作了综合介绍。     

接地压力动态变化下履带推力与土壤参数间关系的研究

本文提出了履带拖拉机在松软土壤上行驶时接地压力动态分布的数学模型;通过对确定土壤剪切变形模量K的方法的研究修正了Janosi-Hanamoto公式,建立了以接地压力动态分布和接地履带板下土壤水平变形成等差级数变化条件下的推力数学模型;并在松散干砂上进行了履带拖拉机整车牵引试验。接地压力动态分布和履带推力的计算值,与试验结果比较,表现出良好的一致性。