蚯蚓波纹润滑体表减粘降阻特性及耦合仿生研究

发布时间：2021-05-14 11:35

　　农业机械、工程机械等在生产中,触土部件会不可避免地与土壤产生机械作用,如破碎、切削、翻转、移动等。土壤与部件表面发生相对运动会导致表面粘附、摩擦及磨损,降低了地面机具的作业效率和质量。因此,提出减粘降阻的新理论和方法,设计出高效、低能耗的地面作业机械的触土部件势在必行。经过长期的自然选择和生物进化,土壤动物形成了完善的减粘脱土功能,如蚯蚓在地下粘湿的土壤环境中也能运动自如而身不粘土,为触土部件的减粘降阻设计提供了思路。本文以蚯蚓为仿生原型,开展蚯蚓体表润滑脱附减阻的仿生研究。本文将白颈参环毛蚓（Pheretima aspergillum）作为研究对象,结合蚯蚓运动特点,制备出收缩态、舒张态和静息态三种状态的波纹体表试样,基于逆向工程技术,使用三维激光扫描仪采集蚯蚓波纹体表点云数据,得到蚯蚓波纹体表形貌和尺寸参数。根据三种不同状态的蚯蚓体表试样,设计出了仿生试样。利用离散元仿真软件EDEM,从宏观和微观的角度分析蚯蚓波纹体表结构的降阻机制,寻找出最优的波纹体表结构,仿真结果表明:波纹体表结构具有优异的降阻特性,收缩态体表为最佳的波纹结构,与光滑试样比较,前进阻力降低了16.97%,且收缩... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 土壤/固体粘附系统及动力学仿真
        1.2.1 土壤/固体界面粘附系统研究
        1.2.2 离散元仿真在土壤动力学中的应用
    1.3 地面机械减粘脱土方法
        1.3.1 传统脱附减阻方法
        1.3.2 仿生脱附减阻新方法
    1.4 蚯蚓减粘脱土仿生学
    1.5 本文研究内容
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 研究技术路线
        1.5.3 研究主要内容
第2章 基于逆向工程仿蚯蚓体表试样的建立
    2.1 蚯蚓生物学特性
    2.2 蚯蚓波纹曲线提取
        2.2.1 蚯蚓生物试样制备
        2.2.2 蚯蚓体表点云数据获取
    2.3 仿蚯蚓波纹体表试样建立
    2.4 本章小节
第3章 蚯蚓体表与土壤相互作用仿真分析
    3.1 土壤特性参数测量
        3.1.1 土壤物理性能测量
        3.1.2 土壤力学性能测量
    3.2 离散元模型建立及参数选择
        3.2.1 接触模型确立
        3.2.2 模型参数选择
        3.2.3 边界模型确立
    3.3 仿真结果与分析
        3.3.1 波纹体表试样受力分析
        3.3.2 蚯蚓体表与土壤接触行为分析
        3.3.3 蚯蚓体表与土壤扰动行为分析
    3.4 本章小节
第4章 波纹体表自润滑试验研究
    4.1 蚯蚓自润滑性能分析
    4.2 波纹润滑体表阻力测试装置
        4.2.1 试验装置结构
        4.2.2 试验设备工作过程
    4.3 试验准备
        4.3.1 试验材料
        4.3.2 试验条件
    4.4 波纹试样润滑试验
        4.4.1 润滑孔设计
        4.4.2 波纹润滑效果探究
    4.5 本章小结
第5章 仿生耦合波纹自润滑减阻试验
    5.1 试验方案设计
        5.1.1 单因素试验方案
        5.1.2 正交试验方案
        5.1.3 三元二次回归组合试验方案
    5.2 试验结果分析与讨论
        5.2.1 单因素试验结果分析
        5.2.2 正交试验结果分析
        5.2.3 三元二次回归组合试验结果分析
    5.3 本章小节
第6章 结论和展望
    6.1 本文主要研究结论
    6.2 展望
参考文献
导师及作者简介
致谢



本文编号：3185566