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沙漠蝎子抗冲蚀

关键字

沙漠蝎子;显微-纳米梯度结构;抗冲蚀

词条简介

发现沙漠蝎子等典型沙漠生物在异相混合介质动态作用下,其体表具有抗冲蚀特性和跨尺度结构耦合规律。揭示了沙漠蝎子体表形态、跨尺度结构与柔性特征对其抗冲蚀性能的综合影响机制。

原型介绍

     沙漠蝎子在风沙冲蚀频繁发生的沙漠环境中生存,经过长期的自然选择和进化,其中不利于风沙冲蚀的变异被不断淘汰,有利于风沙冲蚀的变异则逐渐积累。沙漠蝎子背板的弧形毫米级结构,表面的凸包和凹槽形态,背板之间的柔性节膜,背板和腹板间的柔性侧膜,以及背板的几丁质微米凸起阵列结构,这些跨尺度结构与形态的多因素综合作用使沙漠蝎子体表具有了优异抗冲蚀性能。


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1 活体蝎子与其体表结构. (a) 活体蝎子(黄肥尾蝎), (b)凹槽形节膜, (c)凸包颗粒, (d)柔性侧膜

原理介绍

如图2所示,通过系统的试验研究,蝎子体表抗冲蚀原理为多因素多元耦合协同作用的结果,具体可以分为以下三种机理。1、表面形态及构型的作用:在蝎子体表不同形态(凹槽、凸包、曲面)的作用下,由于不同形态表面与基体表面是成一定角度的,冲击粒子与材料表面的冲击角度与相对速度改变;同时在凹槽中会形成涡流,进一步的降低了冲击粒子的速度,同时可以减少粒子撞击材料表面的次数。2、柔性连接的作用:在蝎子体表存在柔性膜,其可以降低冲击粒子的最大冲击力,延长其冲击时间,同时可以吸收部分冲击能量。3、韧性材料的作用:蝎子体表的几丁质膜是一种韧性好的材料,材料韧性的提高,可以有效的减小冲击粒子的粒子犁削、铲削破坏。在上述三种因素的耦合作用下,蝎子体表具有优异抗冲蚀性能。


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2 蝎子体表各结构的抗冲蚀原理

工程应用

      目前应用领域包括:农业机械、园林机械、通用机械。在黑龙江、吉林、辽宁、山东4个省份10余家企业应用示范。其中在离心风机上的应用取得了突破性的进展,在离心风机叶片表面上加工出仿生抗冲蚀结构,可以极大的提高风机叶片的抗冲蚀结构。与传统的风机叶片相比,具有仿生结构的离心风机叶片的抗冲蚀性能提高了29%


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3 仿生结构在离心风机上的应用

参考文献

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领域专家

韩志武

创建人

张俊秋,孙航,李淑一