典型植物叶表面非光滑形态的疏水防黏效应

用扫描电镜技术对几种典型植物叶片进行电镜扫描,对其不同的非光滑表面特征类型分类并加以描述;借助于仪器设备对非光滑叶表面的疏水性与防黏性进行量化指标的测定,分析结果表明:表皮细胞形态、表面蜡层形态与分布密度将直接影响其疏水、防黏效果;并进一步指出表皮细胞形态及其分布密度是表面脱附的主导因子,表皮蜡质因其形态、分布密度不同脱附效果也有差别。该研究将为工程仿生的表面加工成型、表观设计提供重要的信息源。

黄缘真龙虱体表结构与其水中减阻功能的关系

采用体视显微镜、扫描电镜技术观察并描述了黄缘真龙虱体壁表面各部位的形态结构特征,发现了3种典型的凹陷和普遍存在的凸起,了解了其三维结构,分析了凹陷与龙虱水生生活的关系.观察和比较了不同部位体表的刚毛形态构造,发现了3种典型的刚毛,即主要分布在足节上的刺状刚毛、雄性前足吸盘刚毛和仅分布于前胸背板和鞘翅刻点处的束状刚毛,分析了其适应水生生活的特点.同时,发现了龙虱体表存在的其他如波纹、鳞片等典型非光滑形态结构,测定了体壁水接触角,探讨了这些结构与水中运动减阻功能的关系.

凹坑形非光滑表面的耐磨性分析及优化设计

利用两矩形块来模拟实际工程应用中的面-面摩擦副部件,基于ANSYS软件和APDL语言建立了具有正方形凹坑表面的参数化分析模型,采用单因素试验的方法,对凹坑边长、深度和间距对非光滑表面耐磨性的影响进行了有限元分析,为下一步磨损试验作指导。通过研究发现,凹坑表面在接触过程中产生更多的压应变能和弯应变能,从而缓释应力,提高表面耐磨性;随着凹坑边长和间距增大,凹坑表面耐磨性先增大后减小,随着凹坑深度增大,凹坑表面耐磨性逐渐增大;耐磨性最佳的形貌参数为:凹坑边长20μm,凹坑深度80μm,凹坑间距90μm.

凹坑形非光滑表面的优化设计及减摩性能分析

为了探讨凹坑形非光滑表面的形貌参数对于表面摩擦性能的影响,进一步证明自组装凹坑形非光滑表面的耐磨性能,利用Ansys热结构耦合的方法,对影响凹坑形仿生非光滑表面耐磨性的形貌参数及外加载荷条件进行了有限元仿真模拟,并利用能量损耗与能量守恒理论对等效摩擦系数进行了推导,通过等效摩擦系数的对比,最终确定出最优的形貌参数组合:凹坑直径为2μm,间距为4.5μm,涂层厚度为200μm,压力系数为1 000,速度为3 m/s时,凹坑形仿生非光滑涂层表面的减摩性能最佳.并且通过凹坑形仿生非光滑表面与光滑表面在相同外加条件下的耐磨性对比,验证了凹坑形仿生非光滑表面具有优异的减摩减阻性能,与未涂涂层的光滑表面相比其减阻率可达48.42%,与涂有具有相同热物理性能的光滑涂层表面相比,其减摩效率可提高15.57%.

信鸽表面形貌的分形特性

分析了信鸽表面形貌的非光滑特性,并利用激光三维扫描控制系统获取了信鸽背部、胸部及翅膀表面的三维信息,基于分形理论对其表面进行了研究,采用计盒维数方法计算出了信鸽的背部、胸部及翅膀表面面维数和线维数,并分析了其分布。结果表明,信鸽的背部、胸部及翅膀表面均呈现分形特征,面维数范围为:2.8988～2.9788,线维数的范围为:1.0002～1.0247,信鸽表面形貌的分形特性研究为定量分析信鸽表面在空气介质中的减阻机理提供了基础信息。