信鸽羽毛非光滑表面形态学及仿生技术的研究

用电视摄像体视显微镜和电子扫描显微镜对不同部位的鸽羽毛表面形态观察研究表明:信鸽的羽毛呈现典型柔性非光滑形态,飞羽和尾羽的羽枝羽轴构成凸起的脊,羽小枝交叠构成凹陷的沟槽,脊与沟槽相间平行均匀沿主羽轴放射状分布。信鸽初级飞羽的非光滑形态,有利于减少振翅飞翔中产生的空气漩涡的阻力。尾羽羽枝跟羽轴之间角度比飞羽大,具有减阻作用。体羽和绒羽的大量分布,构成鸟类体表流线型柔性非光滑形态,在飞行中起到减阻作用。作为信鸽动力羽毛的显微结构单元,主要是有钩羽小枝、无钩羽小枝、节状羽小枝3种羽小枝。将仿信鸽羽毛的非光滑形态模型加工在回转体模型的后部,经过计算机模拟计算,其减阻率可达16.56%。

逆向工程技术与工程仿生

工程仿生研究本身在方法上具有逆向工程研究的特点。本文对逆向工程技术与工程仿生技术进行了对比分析 ,探讨了利用逆向工程技术进行生物体几何特征描述的一般过程及其所涉及的关键问题。

土壤深松技术及高效节能仿生研究的发展

深松技术是旱地保护性耕作体系中的重要技术措施之一,高效节能是深松技术的发展方向。本文介绍了土壤深松的作用、深松机具类型和深松机具高效节能技术措施研究及应用现状;分析了基于土壤洞穴动物足趾结构和力学性能的深松机具仿生研究的发展趋势。

利用柔性仿生技术减少矿车粘附

针对矿车的粘煤问题,应用柔性仿生技术设计了柔性仿生矿车,进行了减少矿车粘附的模型和实体试验。研究了在湿粘与冻粘时,煤的含水量、矿车装卸循环次数和煤的冷冻时间对柔性仿生矿车和普通矿车粘煤的影响规律,并进行了柔性仿生技术的现场试验。结果表明:采用柔性仿生技术可以有效地解决煤的湿粘和冻粘,脱煤率达95%以上。

仿生柔性技术减少煤粘附的试验

针对煤与工作部件表面的湿粘和冻粘问题,根据生物柔性脱附功能,设计了仿生柔性试件,研究了仿生柔性技术对煤的脱附效果。通过与45号钢的对比试验证明,湿粘时仿生柔性试件法向粘附力约为45号钢的60%,滑动阻力比45号钢小40%;冻粘时法向粘附力可降低80%,切向粘附力可降低75%。

利用逆向制造系统集成技术开发仿生防粘鞋底

利用扫描电镜观察土壤动物的典型体表形态,并提取其仿生信息。利用逆向制造技术和仿生改形技术探索了鞋底的黏附问题,并设计了试验系统。以球冠高度h、球冠底面圆半径r、球冠间距d、球冠分布形态σ为试验因素,采用L9(34)正交试验测试了土壤黏附力。对比试验表明:在同等试验条件下,某些仿生改形表面的鞋底具有十分明显的减黏脱附效果,当h=3.0 mm,r=4.0 mm,d=10.0 mm和σ为递增分布形态时,最多可降低黏附力8.27%。

仿生学交叉学科教育模式探索及教学方法实践

交叉学科发展迅猛,已经成为科学界与教育界的热点研究领域。本文以仿生学为例阐述了开展交叉 学科教育的必要性,分析了我国高校交叉学科教育的基本情况,以及交叉学科教育的发展方向,最后结合仿生学 的教学实践,探讨了仿生学交叉学科的教学模式和教学方法。

基于仿生非光滑减粘技术的鞋底防粘性测试系统的设计与实现

利用逆向制造技术和计算机仿生改形技术等进行了试验系统的设计与实现,并且通过扫描电镜观察 土壤动物的典型体表形态进行了仿生类比信息的提取,设计L9(34)正交试验,进行了土壤粘附力测试。对比试 验表明:在同样的条件下,某些仿生改形表面的鞋底具有十分明显的减粘脱附效果,降低粘附力最大为8．27％, 说明采用仿生非光滑减粘技术的鞋底能有效降低土壤的粘附力。

仿生非光滑表面滑动摩擦磨损试验研究

采用激光处理技术加工了几种具有非光滑特征的圆形 4 5号钢试件 ,以正交试验方法设计耐磨性试验方案 ,在国产 MM2 0 0型摩擦磨损试验机上研究具有不同非光滑表面特征的试件耐磨性规律。试验结果表明 ,在相同试验条件下 ,时间、负荷、速度、形态和分布对耐磨性均有影响 ,耐磨性按照凹坑、凸包、波纹。

模拟活塞缸套摩擦副的仿生非光滑表面的摩擦学研究

根据仿生学原理,利用铝合金活塞和铸铁汽缸套的材料设计了普通结构和几种仿生结构的摩擦副,并在摩擦磨损试验机上进行了对比试验。结果表明,在干摩擦时,非光滑结构与普通结构的摩擦副的摩擦性能差异不大。在沾油润滑条件下,仿生非光滑结构的摩擦副的抗黏着磨损性能明显优于普通结构。其原因是在有润滑条件时,仿生非光滑结构具有较强的贮存润滑油及形成油膜的能力。

零压续跑轮胎技术现状与发展

针对车辆爆胎事故增加的现象,分析了车辆爆胎的原因,定义了零压续跑轮胎的概念和技术内涵,划分了安全轮胎技术类别,并按安全轮胎技术类别介绍了目前安全轮胎代表产品的现状与发展,展望了安全轮胎技术及其发展趋势,开发具有自主知识产权的适合中国不同地区车辆、路况和气候环境的零压续跑轮胎技术系统有其必要性和可能性。

农业非点源污染防治技术的研究现状及进展

随着点源污染的控制水平的提高,非点源污染的治理成为全球环境问题能否得到有效解决的关键,而农业非点源污染作为其中覆盖面最广、隐蔽性最强、治理难度最大的污染类别,自然受到更为广泛的关注。该文介绍了农业非点源污染及其特征,分析了农业非点源污染扩散的方式,总结了导致农业非点源污染的主要原因,以技术防治为切入点,对现阶段国内外农业非点源污染防治技术的研究进行了简要综述,提出了农业非点源污染防治技术研究中存在的问题,并结合存在的问题在化肥等农业生产投入品的新品研发、农业非点源污染情况的实时监控及预警系统的构建、以及可操作性强的决策支持系统的构建等方面对未来农业非点源污染的技术防治进行了展望。

仿生非光滑理论在钻井工程中的应用与前景

仿生学是一门可与很多学科交叉的边缘性学科,同样与钻井工程技术的融合也将产生创新性成果。在分析仿生非光滑表面减阻、防黏和耐磨特性的基础上,将该理论引入到钻头设计中,研制仿生金刚石钻头。以蜣螂为仿生原形,设计孕镶金刚石钻头的工作层,使工作层底唇面始终具有相同的非光滑形态,始终保持高钻速和长寿命,突显出仿生金刚石钻头的高效率、耐磨和减阻特点。试验结果表明,仿生钻头较普通钻头钻速提高44%、使用寿命增加74%。此外,仿生非光滑表面结构所具有的各种特性可用于改善钻井工程中相对运动的摩擦或滑动部件的使用寿命和工作环境,如可提高钻头、钻杆接头、泥浆泵活塞和缸套的耐磨性,解决钻头泥包问题,减少螺旋钻具和冲击挤密矛头阻力等,应用前景广阔。

仿生非光滑沟槽形状对减阻效果的影响

利用有限体积法对三角形、扇贝形和刀刃形三种仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算。近壁面区采用B-L两层模型,远离壁面区采用雷诺应力模型。分析了三种沟槽非光滑表面的流场特性,对计算域中心Z=3mm平面的速度场和湍流统计量进行了研究,分析了不同沟槽形状对减阻效果的影响,为最佳减阻沟槽设计提供了理论依据。三种沟槽具有相同的特征尺寸,顶点间距s=0.1mm,沟槽尖顶到谷底高度h=0.05mm,与光滑表面相比减阻效果分别为3.2%、9.1%、9.7%,数值计算结果和风洞与油槽实验结果有较好的吻合。

WC/Cu基仿生非光滑耐磨复合涂层的研究

磨粒磨损是矿山、工程和农业机械失效的主要原因 ,采用仿生非光滑表面可提高耐磨粒磨损性能。本文采用高频钎焊方法在 4 5号钢表面制备了 WC/Cu非光滑耐磨复合涂层 ,测试了复合涂层孔隙度 ,研究了 WC质量分数、磨粒尺寸、载荷等对其耐磨性的影响 ,分析了非光滑涂层的磨损机理。结果表明 ,在钎剂为 WC质量 4 %时复合涂层孔隙度低 ,复合涂层与 4 5号钢基体为良好的冶金结合 ,界面区组织致密。磨粒磨损时 ,WC颗粒在涂层表面凸起 ,形成非光滑表面可阻碍磨粒对基体的犁削并使部分磨粒由滑动变为滚动是仿生非光滑复合涂层具有高耐磨粒磨损性能的主要原因。当 WC质量分数在 5 0 %时 ,非光滑涂层耐磨性最好 ,其耐磨性随载荷或磨粒尺寸增大而下降。

激光处理凹坑形仿生非光滑表面试件的高温摩擦磨损特性研究

采用销-盘式摩擦磨损试验机,研究了经激光处理后不同直径和间距的W9Cr4V高速钢凹坑形非光滑试件在不同温度下的摩擦磨损特性.结果表明:在室温至500℃的试验条件下,非光滑试件的耐磨性随着温度的升高而降低,且在200℃以内非光滑试件的磨损量随着温度增加缓慢增大,当超过200℃以后,磨损量增加较快;不同尺寸及分布规律的非光滑凹坑对零件耐磨性的影响不同,在本次试验条件下,非光滑凹坑直径及其间距愈大,非光滑试件的耐磨性能愈好;温度愈高,非光滑试件摩擦系数愈小.

仿生降噪蜗舌试验研究与数值模拟分析

利用逆向工程方法,提取长耳鸮翼表面形态与构型降噪特征元素,设计仿生降噪蜗舌。将仿生降噪蜗舌应用于离心风机气流噪声控制,通过对比试验研究,在整个频段的总声压级LA均低于原型风机,声压级平均降低2.3dB;影响仿生蜗舌降噪效果的主次因素为:仿生形态单元间距t、仿生形态单元个数n、仿生形态单元高度h。基于计算气动声学原理的数值模拟分析表明,仿生系统降噪机理主要为:减小了气流对蜗舌的冲击,使蜗舌表面紊流附面层压力脉动减弱并延缓蜗舌后部涡流分离脱落;使从风机叶轮流出的脉动气流在流经仿生蜗舌表面时,流速分布较为均匀,速度突变较少,气流稳定性的增强有利于降低气流噪声的产生。

仿生非光滑结构的摩擦磨损试验研究

研究了非光滑表面形态对摩擦磨损的影响规律。通过对9种仿生非光滑形态模型试块在JF150DⅡ-型定速式摩擦试验机上进行的润滑摩擦试验表明,光滑试块的润滑及耐磨效果最差,沉坑形试块的耐磨性和润滑性提高不大,而通孔倒角形和通孔形试块能显著提高耐磨性和润滑性,证明了仿生非光滑结构具有良好的耐磨润滑性能,并通过正交试验分析了仿生非光滑形态、分布等因素对润滑的影响效应。

仿生非光滑表面在混合润滑状态下的摩擦性能

模仿蚯蚓的非光滑表面形态及其分泌体表液的摩擦行为和作用,利用摩擦试验台对模拟蚯蚓体表形态的凹坑、导角通孔、通孔三种仿生非光滑表面形态进行了滴油混合润滑摩擦试验。试验结果表明,在混合润滑情况下,接近蚯蚓背孔的通孔形仿生非光滑表面结构具有优良的减阻、耐磨效应,并从非光滑形态对润滑状态影响规律及对摩擦界面材料特性影响规律探讨了仿生非光滑形态对摩擦性能的影响机理。

激光制备仿生耦合制动毂的摩擦磨损性能

为提高汽车用灰铸铁制动毂的耐磨性和使用寿命,运用仿生耦合原理,采用激光雕刻技术在灰铸铁表面加工出点状、条纹状和网格状的非光滑单元体。研究了单元体的显微组织,不同激光加工能量、不同单元体形态的仿生非光滑试样的摩擦磨损性能,以及仿生耦合制动毂在实际工况条件下的使用情况。试验结果表明:仿生耦合制动毂具有优良的耐磨性和较高的摩擦系数,在实际工况下比普通制动毂寿命提高50%以上。