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仿生微结构调控风阻研究进展
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作者 杜宗泽 王刚 +4 位作者 朱轲 夏钰东 谢峰 欧凯 倪宇翔 《材料导报》 北大核心 2025年第4期254-261,共8页
仿生微结构调控风阻是一种极具潜力的阻力调控方法,在过去30多年里已经取得了显著的研究成果。本文综述了仿生微结构在减阻方面的最新进展,特别关注了模仿鲨鱼皮、鸟类羽毛、昆虫甲壳和植物纹理等制备的微结构对风阻的性能调控效果。从... 仿生微结构调控风阻是一种极具潜力的阻力调控方法,在过去30多年里已经取得了显著的研究成果。本文综述了仿生微结构在减阻方面的最新进展,特别关注了模仿鲨鱼皮、鸟类羽毛、昆虫甲壳和植物纹理等制备的微结构对风阻的性能调控效果。从形貌、测试方法和机理分析三个方面对最先进的仿生技术进行了定性和定量的探讨。此外,本文还总结了国内外仿生微结构调控风阻的发展现状,并探讨了未来微结构调控风阻研究的重点。 展开更多
关键词 仿生微结构 鲨鱼表面 肋条 凹坑表面 沟槽表面 减阻技术 湍流边界层
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离心泵仿生微结构叶片减阻特性的仿真研究 被引量:6
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作者 黄明吉 刘圣艳 +3 位作者 乔小溪 陈平 刘中海 张晓昊 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期196-205,共10页
目的通过在离心泵叶片表面布置仿生微结构实现离心泵的减阻,并获得仿生微结构的最优化设计参数。方法研究利用仿真模拟的方法,采用离心泵的扭矩变化对其减阻性能进行表征,考虑了仿生微结构的形态、截面形状和特征高度等结构参数的影响规... 目的通过在离心泵叶片表面布置仿生微结构实现离心泵的减阻,并获得仿生微结构的最优化设计参数。方法研究利用仿真模拟的方法,采用离心泵的扭矩变化对其减阻性能进行表征,考虑了仿生微结构的形态、截面形状和特征高度等结构参数的影响规律,通过分析叶片表面的湍流动能、剪切应力和近壁面层的速度云图揭示仿生微结构对离心泵减阻特性的影响机理。结果在3种微结构形态中,流向沟槽的减阻效果最好;在3种截面形状的微结构中,矩形截面的减阻效果最好;离心泵减阻率并非随微结构特征尺寸单调变化,而是存在最优值;所有微结构的减阻率均随着流量的增加而增加。当叶片表面布置流向、矩形沟槽时离心泵具有最优的减阻效果,且在全流量工况范围流向矩形沟槽结构的最大减阻率为8.39%。结论叶片表面微结构的布置可以实现离心泵减阻,其减阻机理与近壁面流体流动行为有关。表面微结构可有效降低叶片壁面的速度梯度,使速度沿壁面法线方向过渡更加均匀,且微结构内部低速流体层可有效控制和减弱近壁面区的湍动程度,减少湍流动能损耗;同时微沟槽内的反向涡流具有类“滚动轴承”作用,将滑动摩擦转换为滚动摩擦,降低摩擦阻力。 展开更多
关键词 离心泵 仿生微结构 减阻 湍流动能 数值模拟
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股骨假体仿生微结构设计与分析
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作者 李佳意 董万鹏 +2 位作者 陈秋平 任梦 张吉超 《农业装备与车辆工程》 2022年第6期68-72,共5页
目前全髋关节假体性能与真实人体骨骼之间存在巨大差异,容易导致术后假体失稳,仿生微结构可有效解决由于应力遮挡引起的假体失稳问题。基于此,设计了新型仿生微结构股骨假体,以仿生结构(六面体立方、面心立方和体心立方单元结构)构建模... 目前全髋关节假体性能与真实人体骨骼之间存在巨大差异,容易导致术后假体失稳,仿生微结构可有效解决由于应力遮挡引起的假体失稳问题。基于此,设计了新型仿生微结构股骨假体,以仿生结构(六面体立方、面心立方和体心立方单元结构)构建模型,模型之间保持相近的孔隙率(43%),进行有限元仿真模拟压缩试验,分析仿生微结构的变形、屈服应力、弹性模量等。研究发现,结构的等效弹性模量下降到24.0 GPa左右,与人体皮质骨17.0 GPa相近,其中体心立方结构最小,为22.2 GPa。在3种模型中,六面体立方的稳定性、刚度最强;体心立方的位移最大。研究表明,多孔仿生微结构能够降低弹性模量,改善应力遮挡问题,并对骨骼内生长具有促进作用。 展开更多
关键词 股骨假体 仿生微结构 多孔结构 有限元分析 应力遮挡
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基于仿生微结构的高性能柔性压力传感器 被引量:2
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作者 杨红波 陈文东 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第1期98-100,104,共4页
柔性压阻式压力传感器可用于对人体姿态变化进行准确的检测。设计了一种新型柔性压阻式压力传感器。采用了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底、石墨烯油墨等材料对传感器进行了制备,阐述了制备的具体过程。然后,针对传感器的表面形貌和性能进行... 柔性压阻式压力传感器可用于对人体姿态变化进行准确的检测。设计了一种新型柔性压阻式压力传感器。采用了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底、石墨烯油墨等材料对传感器进行了制备,阐述了制备的具体过程。然后,针对传感器的表面形貌和性能进行了测试分析,结果显示可以达到较高的检测范围12.8 Pa~25 kPa和灵敏度1.77 kPa^(-1)。另外,响应速率为26 ms;循环压力测试下保持了较高的稳定性,通过对人体腕部以及手指弯曲的检测也验证了其应用的效果。 展开更多
关键词 压阻式压力传感器 仿生白果叶微结构 聚二甲基硅氧烷 柔性材料
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高频电手术刀表面激光制备仿生鲨鱼皮微结构的研究 被引量:5
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作者 杨立军 刘楠 +3 位作者 闫程程 李晨 陈威 张达 《陕西科技大学学报》 CAS 2018年第5期141-145,158,共6页
针对高频电刀在对组织切割和止血过程中,存在组织粘附导致无法切割和凝血不充分的现象,提出了在电刀表面加工一种优化的鲨鱼皮微结构来改善其性能,并以新鲜猪肝为切割对象,研究了微结构尺寸参数对电刀摩擦性、液体减阻率、粘附性的影响... 针对高频电刀在对组织切割和止血过程中,存在组织粘附导致无法切割和凝血不充分的现象,提出了在电刀表面加工一种优化的鲨鱼皮微结构来改善其性能,并以新鲜猪肝为切割对象,研究了微结构尺寸参数对电刀摩擦性、液体减阻率、粘附性的影响.实验结果表明:仿生鲨鱼皮微结构能有效降低切割组织过程中的摩擦力与粘附量,该结构最大可以减少21.88%的摩擦阻力,5.4%~16.91%的组织粘附量. 展开更多
关键词 激光微加工 仿生微结构 高频电刀 粘附性 31 6 L不锈钢
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仿生减阻微结构制造技术综述 被引量:14
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作者 王春举 程利冬 +6 位作者 薛韶曦 陈鹏宇 刘宝胜 丁辉 孙健 徐振海 汪鑫伟 《精密成形工程》 2019年第3期88-98,共11页
表面微沟槽等结构能够限制航空器壁面低速区小涡流生成和猝发的相关雷诺应力,从而降低摩擦阻力,而且该方法简单易行、不需额外增加重量,成为航空器减阻的主要途径之一。概述了表面微结构减阻性能尺度效应的研究进展,表明微结构无量纲尺... 表面微沟槽等结构能够限制航空器壁面低速区小涡流生成和猝发的相关雷诺应力,从而降低摩擦阻力,而且该方法简单易行、不需额外增加重量,成为航空器减阻的主要途径之一。概述了表面微结构减阻性能尺度效应的研究进展,表明微结构无量纲尺寸在15左右时减阻性能最佳,减阻率为8%左右;着重综述了简单形状微结构、仿生微结构以及大面积微结构等减阻微结构去除、压印以及滚压等制造技术的研究现状,简析了目前仿生减阻微结构制造技术存在的不足;在此基础上,对仿生减阻微结构制造技术的未来发展和应用进行了展望。 展开更多
关键词 航空器减阻 仿生微结构 减阻性能 尺度效应 微结构制造
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基于野燕麦麦芒细胞的仿生自驱动复合材料制备及其吸湿变形分析
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作者 刘梦云 徐献忠 +1 位作者 刘铭 李晨阳 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期779-784,共6页
本研究以野燕麦麦芒细胞为研究对象,基于其吸湿自驱动行为的内在机理,利用定制的智能水凝胶为基材成功制备出兼具响应速率快、形变尺度大等特性的仿生自驱动复合材料,分析了长度、吸水时间和含水率对其扭转变形的影响,并针对仿生自驱动... 本研究以野燕麦麦芒细胞为研究对象,基于其吸湿自驱动行为的内在机理,利用定制的智能水凝胶为基材成功制备出兼具响应速率快、形变尺度大等特性的仿生自驱动复合材料,分析了长度、吸水时间和含水率对其扭转变形的影响,并针对仿生自驱动复合材料的吸湿运动形式和变形结果进行了有限元分析。研究结果表明:仿生复合材料的长度越长,扭转的圈数就越多,但长度过长会使材料吸湿后因承重过大而弯曲倾斜;吸湿平衡后的长度基本为吸水前长度的1.5倍;仿生复合材料轴向应变和扭转角随含水率的增加呈现不断增加的趋势,在整个含水率变化过程中,仿生材料轴向应变及单位长度扭转角的最大值分别为29.99%、0.057 rad/mm;有限元计算结果与实验结果吻合度较好,有效验证了有限元分析方法的可行性及仿生材料吸湿变形结果的可靠性。 展开更多
关键词 微结构仿生设计 吸湿自驱动 有限元分析 新型复合材料 扭转变形
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Stainless steel anisotropic superhydrophobic surfaces fabrication with inclined cone array via laser ablation and post annealing treatment 被引量:3
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作者 ZHAO Yi-zhe HONG Ming-hui 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第10期3261-3269,共9页
Metal superhydrophobic surfaces with anisotropic wettability and adhesion have become more and more important due to their promising applications. Herein, we report a new fabrication strategy through a combination of ... Metal superhydrophobic surfaces with anisotropic wettability and adhesion have become more and more important due to their promising applications. Herein, we report a new fabrication strategy through a combination of pulsed laser ablation and low-temperature annealing post-processing. An inclined cone structure array is made on stainless steel surfaces, and then 120 °C low-temperature annealing is applied. Such surface displays excellent mechanical durability and anisotropic superhydrophobicity. It is demonstrated experimentally that the contact angle of water droplets on the surface is different along the parallel(167° ±2°) and perpendicular directions(157° ±2°) of the inclined cone structure. The sliding behaviors of water droplets and mechanical durability of the inclined cone structures are studied. These surfaces obtained in a short time with environmentally friendly fabrication can be applied in industries for water harvesting, droplet manipulation, and pipeline transportation. 展开更多
关键词 superhydrophobic anisotropy laser precision engineering micro/nano-structure bio-inspired surface
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