动物足垫表面形貌粘着摩擦机理研究

论文摘要

摩擦在我们的生产和生活中发挥着重要的作用。自然界的许多动物都有着天然的摩擦学生存适应性,仿生摩擦学在现代社会展现出良好的发展和应用前景。本课题主要对生物界具有良好攀爬附着性能的动物进行研究,提出具有优良摩擦附着性能的最佳表面结构,为下一步利用仿生技术制造具有增摩功能的表面结构和装置以提高设备传递动力和防止滑动的能力做前期的理论探索工作,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文在学习仿生摩擦学理论的过程中,得出生物表面知识是是摩擦学仿生的基础,结构决定功能,表面结构形态、动态变化及其与环境介质的作用方式决定着生物表面的摩擦学行为,只有探索掌握生物表面的摩擦学特性才能实现仿生摩擦学技术的开发。我们利用扫描电子显微镜和超景深三维数码显微镜对几种不同生物的足垫表面结构进行了观察；从不同角度对动物足垫表面的非光滑形态进行了分类；建立了凸包形、凹坑形、波纹形和刚毛形非光滑的评价指标集。基于动物足垫形貌的观察分类,从力学与表面形貌结构的角度对其粘着摩擦机制进行了详细的分析,分别从微观接触力学、毛细作用、摩擦以及表面粗糙度等方面着手,发现了足垫的粘着摩擦是它们共同作用的结果,阐述了不同形状结构对足垫粘着摩擦作用的影响,揭示出表面形貌结构在粘着摩擦起主要作用。利用仿生学理论对足垫表面形貌结构进行了简化修改,建立了球状凸包、平头柱状凸包和倒圆台状凹坑这三种不同形态的单元体,确定了其数学模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和课题来源
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 课题研究现状
• 1.4 本课题研究内容
• 2 摩擦学仿生基础理论
• 2.1 仿生学理论
• 2.2 仿生摩擦学理论
• 2.3 仿生摩擦学的技术应用
• 2.4 本章小结
• 3 动物足垫表面形貌研究分析
• 3.1 引言
• 3.2 生物选型及实验准备
• 3.3 动物足垫形态分类
• 3.4 动物足垫非光滑表面形态评价指标参数
• 3.5 本章小结
• 4 动物足垫粘着摩擦机制力学分析
• 4.1 微尺度下动物足垫粘着接触理论分析
• 4.2 湿粘附机制分析
• 4.3 足垫微观摩擦理论分析
• 4.4 动物足垫表面粘着摩擦机制分析
• 4.5 本章小结
• 5 动物足垫表面结构的数学建模
• 5.1 球状凸包数学建模及模拟
• 5.2 平头柱状凸包数学建模及模拟
• 5.3 凹坑状单元体建模及模拟
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 主要研究工作与结论
• 6.2 需进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况