鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻仿生研究进展

鲨鱼体表覆有一层细小的盾鳞(Placoid scale),盾鳞上的脊状突起称为肋条(Riblet),肋条之间构成具圆弧底的沟槽。这种沟槽形态的鲨鱼盾鳞肋条结构(Riblet surfaces)具有良好的减阻作用。从盾鳞的结构、形态和功能出发,详细介绍了鲨鱼盾鳞肋条结构减阻相关的流体动力学机理及其仿生材料模型的设计与测试方法,概括了目前肋条结构仿生材料的减阻应用情况,并展望了其未来的发展方向。

仿鲨鱼皮表面微结构材料制备的研究

以具有极佳减阻能力的鲨鱼皮为模板,采用模板技术对鲨鱼皮表面微观拓扑结构进行大面积的仿生复制。通过扫描电子显微镜对鲨鱼皮以及其复制品的表面形貌进行表征,结果表明,复制的鲨鱼皮具有和模板结构一致的表面微观拓扑结构。该复制方法具有工艺简便、成本低廉、适合大面积复制等优点。

鲨鱼皮仿生结构应用及制造技术综述

鲨鱼体表的盾鳞沟槽结构具有显著的减阻效果。鲨鱼仿生沟槽结构的应用涉及航空、舰艇、汽车、管路运输、风力发电等领域。鲨鱼皮沟槽结构的仿生制造主要有两个途径,即沟槽结构形式与鲨鱼盾鳞仿真结构形式。文章针对沟槽结构的微槽滚压、金刚石多轮廓磨削、飞秒激光烧蚀等制造技术,及鲨鱼盾鳞仿真结构的微压印法、固化法、微电铸法、微纳米滚压法、软刻技术等进行了综述,并对鲨鱼皮仿生结构制造技术进行了展望。

快速鲨鱼盾鳞的扫描电镜表征研究

快速鲨鱼体表覆盖着一层独特的盾鳞。本研究采用扫描电镜技术,重点研究了平双髻鲨和短鳍灰鲭鲨这两种典型的快速鲨鱼体表不同部位的盾鳞的肋条表面形态,并深入分析了快速鲨鱼盾鳞形态的区域差异性。

基于仿生学的高速列车减阻机理数值模拟

鲨鱼皮的盾鳞形沟槽形状是鲨鱼保持高速前行的关键。将鲨鱼皮表面沟槽结构应用到高速列车领域,采用格子Boltzmann方法模拟了盾鳞形沟槽表面对流动阻力的影响,根据模拟结果计算阻力损失系数,并与光滑表面阻力损失系数进行对比分析,得到不同雷诺数下的沟槽表面减阻能力。根据盾鳞形沟槽表面内流线图分析了沟槽的减阻机理。

快速鲨鱼盾鳞结构的几何表征

鲨鱼体表的盾鳞沟槽结构具有良好的减阻效果,其几何尺寸为减阻结构仿生制造的重要参数。以快速鲨鱼平双髻鲨盾鳞为研究对象,详细介绍了高质量盾鳞样本的制备方法,并采用扫描电镜和激光共聚焦三维扫描显微镜对鲨鱼皮样本盾鳞尺寸进行了观测。结果表明,平双髻鲨盾鳞呈覆瓦式排列,单个盾鳞为3尖5嵴型,肋条高度分别为21.3μm、16.5μm和10.2μm,沟槽宽度分别为51.7μm、34.3μm和16.2μm,基于获得的数据建立的鲨鱼盾鳞三维模型能较好地再现盾鳞形貌,为减阻结构的仿生制造研究奠定了基础。

鲨鱼盾鳞3D打印复制工艺研究

利用3D打印数字制造、堆积制造的技术优势,制作具有显著减阻效果的仿鲨鱼体表皮盾鳞肋条结构。根据已得到的单个盾鳞结构图,结合真实尺寸建模制造,利用Rhino软件数字建模单个盾鳞并阵列化,得到仿鲨鱼表皮三维模型。以尼龙、未来8000树脂为3D打印线材,成功打印复制出具有鲨鱼盾鳞肋条结构的仿生阴、阳模板,为功能性生物表面的高精度、微尺度复制提供了新的思路方法。

罗平生物群化石类型在云南泸西地区的发现及其意义

罗平生物群是我国著名的三叠纪海相生物群,时代为中三叠世安尼期Pelsonian亚期,主要分布在云南罗平县城周围大洼子、九光村等地.在泸西地区中三叠统关岭组二段发现了海生爬行类、鱼类、节肢动物、棘皮动物、软体动物、腕足动物、植物等罗平生物群化石类型,初步研究显示泸西地区罗平生物群化石构成面貌与罗平基本一致,但新发现的盾鳞化石是罗平生物群层位软骨鱼类的首次报道.在泸西白水塘中三叠统关岭组二段剖面中识别出了Nicoraella germanicus、Nicoraella cf.kockeli和Neogondolella?bifurcata等牙形石类型,构成面貌特征表明其归属于中三叠世安尼期Pelsonian亚期,与罗平地区地层时代相当.泸西地区罗平生物群化石的发现扩大了罗平生物群的分布范围,其中新发现的盾鳞化石为研究华南中三叠世软骨鱼类提供了新材料.

Simulation and experimental study on drag reduction and anti-adhesion of subsoiler with bionic surface

A new subsoiler with placoid scale microstructure bionic surface was proposed which mimicked shark skin to reduce tillage resistance and soil adhesion during subsoiling cultivation.The contour curves of placoid scale microstructure on shark skin were fitted,and two kinds of bionic subsoiler with continuous and discontinuous microstructures were designed and fabricated,respectively.The effects of different bionic surfaces on tillage resistance were investigated by finite element simulation and experiment.The results indicated that the bionic subsoiler with discontinuous microstructure reduced the horizontal and vertical force by 21.3%and 24.8%,respectively.The subsoiler with discontinuous microstructure surface can prevent the adhesion between the soil and subsoiler surface more efficiently.