鼹鼠（Scaptochirus moschatus）爪趾切削机理研究

论文摘要

结合金属切削原理,从切削刀具(爪趾)和切削运动(爪趾与洞壁的相对运动)两方面对鼹鼠挖掘机理进行研究。在研究过程中,从爪趾形态和材料性能两个方面进行了切削刀具(爪趾)的分析。利用体视显微镜对鼹鼠爪趾宏观几何形态进行了分析,并拟合了爪趾边缘曲线。使用游标卡尺测量了鼹鼠前爪爪趾的几何尺寸。基于逆向工程技术,使用基于点一线一面方法对鼹鼠爪趾进行了生物体表模型重构。在前爪爪爪趾表面建模的基础上,对爪趾表面特征进行了量化分析。使用体视显微镜和扫描电子显微镜对鼹鼠爪趾的断面结构进行了观察,通过显微硬度和纳米硬度试验研究了爪趾的表面硬度、断面各层硬度和弹性模量等力学性能。运用金属切削原理分析了鼹鼠爪趾的运动特性,获得爪趾的运动轨迹、切削运动、切削用量、爪趾切削结构及其几何参数,建立鼹鼠爪趾仿生切削原理,为建立仿生挖掘与切削理论奠定了基础。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 立题意义
• 1.2 鼹鼠的研究
• 1.2.1 生活习性和外形特征
• 1.2.2 鼹鼠的觅食行为
• 1.2.3 鼹鼠的洞穴特征
• 1.2.4 鼹鼠时空定位与记忆能力
• 1.2.5 鼹鼠听觉
• 1.2.6 鼹鼠嗅觉
• 1.2.7 鼹鼠触觉
• 1.3 仿生挖掘与切削
• 1.3.1 齿（包括齿舌）切削行为
• 1.3.2 爪趾切削行为
• 1.3.3 口器切削行为
• 1.3.4 头部（包括吻部）切削行为
• 1.3.5 体切削行为
• 1.3.6 产卵器切削行为
• 1.3.7 综合型切削行为
• 1.3.8 仿生切削与应用
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 鼹鼠爪趾几何形态
• 2.1 试验用鼹鼠的捕捉
• 2.1.1 鼹鼠的捕捉方法
• 2.1.2 试验用鼹鼠的捕捉
• 2.2 样品制备
• 2.3 试验仪器
• 2.4 几何形态分析
• 2.4.1 指（趾）甲与爪趾的定义与区分
• 2.4.2 形貌分析
• 2.4.3 鼹鼠前爪爪趾外形的几何尺寸
• 2.4.4 各爪趾边缘曲线分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于逆向工程技术的鼹鼠前爪爪趾几何模型
• 3.1 逆向工程的概念
• 3.2 基于逆向工程技术的鼹鼠前爪爪趾外形数据采集
• 3.2.1 逆向工程常用数据采集方法
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 试验仪器和设备
• 3.2.4 外形数据测量
• 3.3 扫描数据处理
• 3.3.1 扫描数据预处理
• 3.3.2 多视数据点云对齐（拼合）
• 3.3.3 数据点云的精简处理
• 3.3.4 数据点云平滑处理
• 3.4 爪趾外形曲面模型重构
• 3.5 重构曲面模型分析
• 3.5.1 误差模型
• 3.5.2 重构曲面模型精度分析
• 3.5.3 重构曲面模型的光顺性分析
• 3.5.4 重构曲面的连续性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 鼹鼠爪趾表面几何特征分析
• 4.1 数据拟合的数学基础
• 4.2 鼹鼠爪趾腹面模型特征分析
• 4.2.1 腹面纵向典型轮廓曲线特征分析
• 4.2.2 腹面横向典型轮廓曲线特征分析
• 4.2.3 鼹鼠爪趾腹面特征分析
• 4.3 鼹鼠爪趾背面模型特征分析
• 4.3.1 背面纵向典型轮廓曲线特征分析
• 4.3.2 背面横向典型轮廓曲线特征分析
• 4.3.3 鼹鼠爪趾背面特征分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 鼹鼠爪趾断面微观结构与力学性能
• 5.1 鼹鼠爪趾断面结构分析
• 5.1.1 试验仪器
• 5.1.2 样品制备
• 5.1.3 鼹鼠爪趾断面结构体视显微镜分析
• 5.1.4 鼹鼠爪趾断面结构扫描电子显微镜分析
• 5.2 鼹鼠爪趾力学性能
• 5.2.1 显微硬度与纳米硬度试验原理
• 5.2.2 试验设备
• 5.2.3 样品制备
• 5.2.4 试验方案
• 5.2.5 试验结果
• 5.3 本章小结
• 第6章 鼹鼠爪趾挖掘技术
• 6.1 鼹鼠的挖掘功能形态学
• 6.2 爪趾的挖掘轨迹
• 6.2.1 理论分析
• 6.2.2 试验验证
• 6.3 爪趾切削运动
• 6.4 爪趾切削用量
• 6.4.1 切削过程中洞壁的表面
• 6.4.2 切削用量
• 6.5 爪趾切削结构及其几何参数
• 6.5.1 爪趾切削结构组成
• 6.5.2 爪趾切削结构几何参数
• 6.6 鼹鼠爪趾切削理论应用
• 6.6.1 自磨刃现象
• 6.6.2 切屑控制
• 6.6.3 磨损
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 附录Ⅲ
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文及参加科研项目情况
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 导师及作者简介