聚氨酯蘑菇状仿生微纤维的混合黏附破坏分析

在仿生学领域壁虎因具有优越的攀爬能力而被广泛研究。为对壁虎仿生微结构的垂直攀爬功能进行设计，本工作对壁虎仿生微纤维与垂直表面之间的黏附机制进行了深入研究。采用双线性内聚力模型对聚氨酯(PU)蘑菇状仿生微纤维与刚性基体之间的界面黏附行为进行研究。运用压缩+剪切、剪切加载、拉伸+剪切分别模拟壁虎足部的附着、滑移及分离等爬行动作，探讨壁虎爬行过程中的黏附破坏机理。结果表明，在剪切加载、拉伸+剪切混合加载下，界面均发生法向和切向的混合黏附破坏；在压缩+剪切混合加载下，界面发生切向脱黏或混合黏附破坏取决于压缩载荷的大小。法向载荷通过改变微纤维与基体的接触面积来实现对切向黏附承载力的调控。斜向加载下界面的黏附承载力与载荷倾角有关，对于所选用的聚氨酯蘑菇状仿生微纤维，当斜向压力的倾角小于52°时，界面的切向黏附承载力随着斜向压力倾角的增大而增大；最优的斜向拉力方向为17°,沿该方向可用最小的拉力实现界面的脱黏。