[00146331]减阻耐磨综合仿生表面研究

“减阻耐磨综合仿生表面研究”课题是教育部科学技术研究重点项目，编号00039。该项目以仿生学为手段，开展形态减阻与形态耐磨相综合、材料减阻与材料耐磨相综合的摩擦学研究，探索出具有明显减阻与耐磨性能的仿生形态表面和良好的减阻与耐磨综合性能的纤维增强超高分子量聚乙烯基复合材料。探索了土壤洞穴动物体表形态特征及功能，特别是蜣螂体表形态的分形特性和润湿性，为减阻表面的仿生设计提供了基础；进行了土壤洞穴动物足趾形态的定量分析和减阻机理的数值分析；探索了蜣螂体表纳米力学测试方法及纳米力学性能；综合分析了角蛋白材料的结构和力学特性以及农业生物材料的力学特性；基于逆向工程技术对牛蹄三维几何特征进行了分析，为进一步研究仿生步行部件提供了良好基础。详细考察了竹材机械性能和自由式磨料磨损行为、穿山甲鳞片的力学性能和自由式磨料磨损行为、水生软体动物壳体表面特征及自由式磨料磨损行为和土壤洞穴动物凸包形减阻形态耐磨行为，成功地解决了凸包形仿生表面上凸包磨损的定量测量技术。在这些研究基础上提出了仿生摩擦学概念和仿生摩擦学设计思想，提出和分析了在自由式磨料磨损条件下的生物形态表面耐磨的“引导效应”和“滚动效应”，在理论上揭示了发生这两种效应的非光滑表面几何结构单元的临界尺寸。研制了超高分子量聚乙烯基复合材料，进行了复合材料界面分析，详细探索了它们的力学性能、润湿性、土壤摩擦、干滑动摩擦学和自由式磨料磨损行为，进行了力学性能和润湿性的理论计算，进行了摩擦磨损性能的统计分析，探索了磨料磨损的微观机理。将超高分子量聚乙烯基复合材料应用于水田犁壁，已启动生产试用；基于土壤洞穴动物足趾形态及减阻机理设计了仿生深松铲柄。发表学术论文11篇，其中国际学术刊物论文2篇。减阻耐磨综合仿生表面技术将促进高效节能农业机械触土工作部件的发展，其形态减阻与耐磨和材料减阻与耐磨及其它们的综合性能明显提高，具有良好的应用前景。