仿生孕镶金刚石钻头非光滑度优化设计及试验

将仿生非光滑高效、耐磨理论应用到地质勘探钻头设计上,针对钻遇地层特性,通过试验优化了仿生孕镶金刚石钻头底唇面的宏观非光滑度。在吉林省桦甸市进行的野外生产试验证明,按被钻岩层特性优化了非光滑度的仿生孕镶金刚石钻头有更高的穿透率和使用寿命。     

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。     

仿生耦合功能表面应力-应变本构关系

采用试验优化设计方法对相同试验条件下凹坑形仿生光滑试样以及具有仿生耦合表面的非光滑试样进行了干摩擦磨损试验对比研究。在相同试验条件下,凹坑形仿生非光滑试样磨损率小于光滑试样,即前者耐磨性较高。在此基础上,作者进行了受压状态下试样表面应力的试验测试和ANSYS有限元计算分析,探讨了非光滑凹坑对试样表面应力-应变分布的影响。结果表明:在受力状态下,仿生非光滑凹坑改善了试样表面的应力分布,使非光滑试样表面凹坑间的区域局部应力明显小于光滑试样表面的应力,即产生了局部低应力区。本文初步提出了非光滑结构的力矩效应和应力缓释效应。     

WC/Cu-Zn-Mn 强化中碳钢高耐磨表层复合材料

采用熔浸复合法制备了ＷＣ／Ｃｕ Ｚｎ Ｍｎ强化中碳钢表层复合材料,探讨了ＷＣ粒度、熔浸复合温度等工艺因素对复合材料组织与性能的影响。研究结果表明,在两体静载磨料磨损工况下,新型表层复合材料的耐磨性是中碳钢基体的２６倍,是水韧高锰钢的２０倍,且可根据需要调节复合层厚度,故可在很大范围内替代整体耐磨材料,是一种有实用价值的高耐磨表层复合材料。     

鳞片形非光滑表面的仿生设计

对典型土壤动物鳞片形体表进行了研究,并建立了鳞片形非光滑表面的数学模型。根据此模型设计的仿生鳞片形非光滑推土板在进行土壤切削试验时不发生粘附,与光滑推土板相比,可平均降低推土阻力约１５％。     

c-BN仿生耐磨复合材料的微观结构和耐磨性能

采用SPS技术制备出多尺度的c-BN仿生耐磨复合材料,应用图像分析仪、SEM和XRD分析c-BN仿生耐磨复合材料的微观组织.研究结果表明,Cu基合金对c-BN单晶颗粒具有良好的润湿性能,界面结合致密,在界面处形成反应层.微观分析表明,Cu基合金中的Ti向c-BN单晶颗粒表面富集,并与N和B元素发生作用,形成TiB2和T...     

仿生非光滑注射器针头注射过程接触有限元模拟

应用接触非线性有限元方法对普通针头及两种分别具有锯齿形和波纹形仿生非光滑表面针头的注射过程进行了数值模拟,求得了软组织在该过程中应力、速度、动能和内能的变化时间历程,直观描述了非光滑表面对针头在注射这一动态过程中的影响。通过三种针头的对比和分析表明,仿生非光滑针头具有减阻和减痛效果,并且具有波纹形非光滑表面的针头效果更加明显,与试验研究结果吻合。     

仿生弯曲形切削工具切削性能的二维有限元分析

自然界中的某些动物在长期的土壤环境生活过程中,其爪趾经过亿万年的进化,逐步形成了具有特定曲率的几何形状,表现出优良的减粘脱土减阻功能。这为改进切削工具几何形状,乃至优化其在切削过程中的力学性能提供了仿生研究的基础。观测了田鼠爪趾几何形态特征,分析了其轮廓线的曲率变化规律。在此基础上,引入纵深比的概念,采用二维有限元法分析了田鼠爪趾与土壤的相互作用过程,探讨了该种爪趾切削力学性能优越性的基本规律和原因,为切削部件的仿生优化设计提供了可靠的生物力学信息。     

工艺参数对简单断面型钢辊弯成型过程的影响

采用B3样条有限条法研究成型工艺参数（如弯曲角增量、带材厚度、材料屈服极限、翼缘长度、腹板宽度和机架间距等）对槽钢辊弯成型过程带材边部纵向薄膜应变峰值的影响。带材边部纵向薄膜应变峰值随着弯曲角增量、带材厚度、材料屈服极限、翼缘长度和腹板宽度增加而增加，随着机架间距的增大而减小。研究结果与辊弯成型过程中观察到的现象完全一致。     

CuNiSnTi钎料钎焊立方氮化硼的焊接性与微观结构

研究了铜基活性钎料钎焊立方氮化硼的焊接性与微观结构,采用真空钎焊方法实现了CuNiSnTi活性钎料与c-BN的可靠连接.多元CuNiSnTi活性钎料对c-BN和基体钢都具有较好的润湿性能,提高钎焊温度可以改善活性钎料对c-BN的润湿性.在500℃时,CuNiSnTi活性钎料钎焊的c-BN超硬耐磨涂层仍具有极好的耐磨性能,与c-BN仍能保持较高的结合强度.采用SEM,XRD对界面观察和分析,并结合键参数理论的计算结果表明,CuNiSnTi活性钎料与c-BN发生冶金作用,形成了化合物型界面.