仿鱼类表皮减阻研究现状与进展

舰船、飞机等高速运动表面的高效减阻技术仍是一项重大挑战。水下减阻是鱼类等高速游动生物长期进化形成的优势功能策略,揭示水下高速游动鱼类表皮结构特征或材质特性与减阻功能机制的相互关系,可为解决高速运动表面高摩擦阻力问题提供可行参考方案。首先以鲨鱼皮盾鳞结构和海豚弹性表皮为典型生物原型,简要介绍表皮独特结构特征和弹性材质特性,对金枪鱼表皮拓扑覆瓦鱼鳞结构特征和法向多层弹性材质特性进行总结,并介绍其他鱼类表皮的独特结构特征,进而介绍以鱼类表皮独特结构特征或材质特性为生物原型的减阻表面的仿生制造、减阻特性及减阻机理研究现状。最后,对仿生减阻表面在工程和生活中的应用进行简要阐述。提出以鱼类表皮为生物原型的仿生减阻表面的研究现状和发展方向,填补仿鱼类表皮结构特征或材质特性减阻领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为进一步深入分析鱼类优异的水动力性能提供借鉴,并为构筑新型减阻防污表面提供参考。

基于特征运动观测的蝴蝶前飞规律及样机验证

为了研究蝴蝶扑翼飞行的原理,研制低频扑翼的仿生器,通过蝴蝶飞行运动的生物学观测,提出蝴蝶的3种特征运动状态,分析扑翼运动、胸部俯仰运动及腹部摆动运动之间的相位关系,构建蝴蝶前飞运动学模型。基于“杆-膜”仿生翼的新工艺和定制的机载飞控系统,研制轻量化的仿生蝴蝶扑翼飞行器样机,研究蝴蝶样机的飞行控制策略。通过六维力传感器对样机做地面动力学测试,利用高速摄像机对样机飞行进行运动学跟踪,证明了基于特征运动状态的蝴蝶前飞规律和原理样机研制的有效性。

仿猪笼草口缘结构功能针织物的设计与应用

为实现水分在织物表面的快速传导以改善服装的热湿舒适性能,仿生猪笼草口缘区表面上的液体单方向连续搬运机制设计功能织物。通过对猪笼草口缘区的3层微沟槽结构进行研究,在双面圆机上采用单面平针组织与双罗纹组织设计与仿生结构形态一致的织物并建立等大的结构模型,通过将织物结构的测量参数导入ANSYS软件进行流体有限元分析,模拟汗液在织物表面的运动场景,同时对仿生结构织物进行芯吸高度、液态水分管理测试实验。结果表明:该模型可提升约43%的水流传递速度,实验结果与模拟效果较为相似,仿生结构织物具有优异的水分传递功能,可应用于导水鞋面等领域,为功能针织物的设计与开发提供一定参考。

仿鳞片结构织物的制备及其防刺性能

针对目前防刺服层数多、柔韧性差等问题,利用针织横编技术成型能力优异的特点,克服高性能纱线编织复杂结构难的问题,以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纱线为基础,编织了一种类似于穿山甲重叠鳞片结构的仿生鳞片织物,并探索其成形原理。通过准静态穿刺实验研究了不同穿刺位置、方向、鳞片大小、穿刺刀具对鳞片织物防刺性能的影响,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察织物的损伤形貌,并分析鳞片织物的防刺机制。结果表明:鳞片织物成形的主要原理是鳞片连接处线圈的收缩及前、后针床的单独编织;增加刀刃处可切割的线圈数量可有效提升鳞片织物的防刺性能;鳞片织物在2种刀具下的穿刺过程存在差异,其损伤行为主要包括纱线的切割断裂失效及拉伸断裂失效。

仿植物叶片的组织结构对衬衫面料散湿性能的影响

为解决夏季机织衬衫面料吸湿排汗的问题,从仿生的角度出发,模仿植物叶片结构,设计了多种联合组织,并选配合适的纱线进行上机织造,通过测试其厚度、克重、经纬密、透气率、透湿量、芯吸高度和蒸发速率等,分析仿生结构对面料散湿性的影响,为夏季衬衫面料的开发提供参考。结果表明:仿植物叶片叶脉的网目组织配合仿植物叶面气孔的透孔组织表现出了良好的散湿性能,为夏季散湿衬衫面料的开发提供新的方向与理论依据。

仿生鳞片针织结构自供能传感织物的制备及其性能

为研究仿生鳞片针织结构自供能传感织物结构对其性能的影响,利用针织成形工艺将锦纶纱线、聚四氟乙烯纱线及镀银锦纶纱线设计并制备三维仿生鳞片针织结构,形成基于仿生鳞片针织结构的自供能传感织物,并对其性能进行研究。结果表明:该仿生鳞片针织结构自供能传感织物可大规模织造,其电学输出性能受鳞片与间隔部分接触面积的影响,可通过调节纵向间隔来调控其电学性能;织物的各向异性与鳞片的纵向间隔及排列方式有关,小纵向间隔、叠瓦状排列方式下的应变强化特征明显,可提供较强的支撑性;该自供能传感织物保持织物内在舒适性的同时,兼具智能性与功能性,满足柔性与防护性需求。

仿生元素在服装面料再造中的运用技巧及实践

随着生活水平的提升,人们对日常穿着的服装有着更高的要求,不仅要求服装品质达标,而且对服装的外观和结构提出了更多新要求。鉴于人们对服装多元化的需求,服装设计师应在满足消费者基本需求的同时探寻更丰富的元素,以仿生元素为例,将其运用于服装面料中,不仅可以提高服装整体质量,还能满足消费者对自然情怀的基本需求。因此,服装设计师应深入挖掘自然界中的仿生元素,围绕形态仿生、意境仿生、情感仿生等展开设计,以提高服装质量。

可持续背景下服装仿生设计方法研究

仿生设计隶属于仿生学科,以仿生设计思维为灵感的服装设计深受设计师的喜爱,并因独特的启发和趣味性成为服装设计发展的重要方向之一。数据显示:纺织业作为全球第二污染源带给生态环境巨大的压力,大量废旧服装被闲置或丢弃,不利于生态可持续发展的要求。服装仿生设计具有丰富内涵价值,是服装作品直接有效的手段,因此本次设计转化中构建服装仿生设计基本步骤,以海洋为题材,选择造型仿生的角度,通过纺织废料再造的方式将海洋生态原型提炼为设计元素,并探究在现代创意女装设计中的应用实践,以期警示废旧纺织品造成严峻生态危机的同时,为现代服装设计提供一种新的思路与研究方法。

木材仿生超疏水功能化修饰研究进展

超疏水现象广泛存在自然界中,由于具有特殊的疏水及自清洁性能,在材料仿生构建领域引起了国内外学者的高度关注。木材仿生超疏水功能化修饰,能有效隔离水分与木材的接触,在木材及其产品室外长久利用、复杂高湿环境利用方面意义重大。从自然界超疏水现象与疏水理论基础出发,重点综述了木材超疏水仿生构建的主要方法,并对超疏水木材的性能进行探讨,提出了木材超疏水处理亟待解决的难题。

基于RP的生物活性仿生制造研究

仿生制造是人类制造技术发展的高级形式。对它的研究 ,不同的学者提出了不同的见解和实施方法。根据对仿生制造发展的认识 ,重新定义了仿生制造的概念。基于迅速发展的 RP技术和生物医学技术 ,从全新的角度提出仿生制造实施的新途径——基于 RP的生物活性仿生制造方法 ,论述了此技术的理论基础和实施手段。

可穿戴式电子织物仿生皮肤设计与应用研究

为满足电子仿生皮肤的穿戴舒适度，提出了一种电容式柔性织物压力传感器，采用丝网印刷工艺，以织物为柔性基体，炭黑填充型复合弹性电介质和有机硅导电银胶制备柔性压敏触觉单元。介绍了压敏单元的结构设计与感知机理，研究了炭黑含量与温度对织物触觉单元性能的影响，改善了该电子织物的输出线性度与重复性，实现了0—700kPa量程范围迟滞误差为5．6％，动态响应时间为89ms，灵敏度为0．02536％／KPa，同时，引入温度补偿以提升触觉感知准确性。通过将织物压敏单元应用于足底压力信息的时空分布研究和机械手的软抓取实验，其足底压力分布及触觉感知实验结果表明，该电容式柔性织物压力传感器具有良好的工作稳定性与触觉感知功能，为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案。

新型人工生物活性骨的仿生制造研究

提出了基于快速成形和生物医学技术的人工生物活性骨制造方法,能通过适当的材料和成型工艺制作出模拟真实骨骼内部组织的三维孔腔结构和内孔三维网状构架,并填入自固化磷酸钙骨水泥和生物活性因子到孔腔中来制备生物活性骨。本研究通过动物实验验证了植入骨的生物学性能,说明该方法有效可行,较好地实现了先进制造与生物活性的复合一体化。

基于医学图像的人工骨三维仿生设计

基于医学图像的人工骨三维仿生设计,包括两方面内容:在对医学图像数字化处理分析的基础上进行的人工骨外部结构三维重建和内部微观结构仿生设计。由此能够设计出具有仿生微孔内部结构并与人体实际骨外部形状极其相似的人工骨。本文同时提出了一种基于人工骨三维仿生模型的多材料快速成型加工方法。

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。

仿生学在纺织工业中的应用

介绍了利用仿生学研制开发的仿生纤维、仿生织物的性能特点 ,仿生技术在染色与服装中的应用。仿生学的发展及在纺织业中的应用 。

仿生学研究现状及其在纺织上的应用

介绍了仿生学的概念、研究方法和仿生原理,重点讨论了仿生技术分类及其在纤维、织物、染色及服饰等纺织领域的应用,同时对仿生技术发展前景进行了展望。

仿生鸟羽结构针织面料开发与性能评价

为缩短国内滑雪服研发技术与国外品牌的差距,探讨仿生鸟羽结构对针织织物热湿性能的影响,以便更好地提升国内滑雪保暖裤的穿着舒适性。首先,通过融合仿生学和提花设计手法改变织针成圈方式,根据羽毛微观结构特征开发了8种不同组织结构的仿生针织运动面料;然后,在热阻、保温率、透湿率、透气率和经纬向芯吸高度等单一指标对比的基础上,建立灰色近优矩阵进一步综合评估面料热湿性能优劣;最后,基于男性下肢局部出汗、热分布特征提出各面料组织的应用建议。结果表明:凹槽Ⅰ类、仿羽片面料吸湿透湿性好,仿羽小枝、仿羽枝、凹槽Ⅱ类面料保暖性优异,空泡状Ⅰ类和空泡状Ⅱ类面料透气性突出。

仿生元素在服装面料设计中的应用

在经济社会高速发展的影响下,人们逐渐意识到了生态环保的重要意义,因此在服装面料的设计过程中开始使用仿生元素。一般情况下,服装设计主要是在面料、色彩、造型这3个方面运用仿生元素,从而有效提高服装的实用和美观性能。文章对服装面料设计过程中仿生元素的应用展开研究。

纯棉织物水热一步法超疏水整理试验分析

为简化超疏水纯棉织物制备工艺步骤及条件,从仿生结构理论出发,采用水热一步法完成纤维表面粗糙结构构造及低表面能修饰。探讨了不同含量钛酸四丁酯前驱体及辛基三甲氧基硅烷偶联剂混合物对棉织物结构性能的影响,优化了工艺参数。测试了改性前后棉织物的微观形貌、X射线衍射图谱、水接触角、透湿性、透气性、耐久性。结果显示:钛酸四丁酯及辛基三甲氧基硅烷偶联剂质量分数分别为0.4%和1%时,水接触角可达158°;纳米TiO_(2)颗粒均匀覆盖在纤维表面,棉织物超疏水整理效果较好,且耐久性好。认为:优化后的一步法超疏水整理工艺简单快捷,经济环保,对纯棉织物的超疏水整理效果良好。

金属基底超疏水表面仿生制备研究进展

近年来超疏水表面研究成为新的前沿热点领域,金属材料是一种重要工程材料,以其为基底制备超疏水表面有相当的实际意义。文中主要介绍了金属材料为基底制备超疏水表面的常见方法如电化学沉积、化学刻蚀、阳极氧化、激光刻蚀、水热法、气相沉积等,对比了不同制备方法的特点,并指出待解决问题及未来研究的方向。