摘要：润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水为润滑剂,对比研究了不同载荷和速度下润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响.结果表明,在低载高速条件下,当表面形成低黏附性超疏水-弱疏水的润湿性梯度时,耐磨性最佳,相较于AISI 440C不锈钢抛光表面,磨损率降低47.9%,说明润湿性梯度耦合仿生织构能够有效减小磨损.

摘要：为探究冠脉支架的仿生织构化处理对血流动力学的影响规律,设计一款生物可吸收聚乳酸冠脉支架,利用有限元分析方法,对三种形状(矩形、三角形和梯形)的仿生织构化的支架植入后血流流场进行仿真分析,揭示沟槽的形状和尺寸对血流动力学的影响规律,并寻求仿生织构化沟槽的最优解。结果显示,不同形状和尺寸的仿生织构化沟槽,对低壁面剪应力区域的影响具有一定的规律性,0.06 mm以上的沟槽对血流流动特性的影响较小,而0.06 mm以下的沟槽对血流流动特性的影响较显著,且随着尺寸的减小影响效果越好,其中0.02 mm的三角形沟槽在研究的所有模型中的影响效果最好。通过本文研究结果,期望仿生织构化支架结构能为降低支架内再狭窄提供一种新方法。

摘要：织构化可使零件或设备表面实现降低磨损、改变润湿性并提高抗反射性的效果,在医疗、机械、航空和海洋等领域展现出强大活力。为提升织构效果,表面织构技术引入仿生设计,通过在材料表面加工出类似生物表层的微/纳结构以达到特种表面需求。超快激光织构化是目前较为先进且重要的一种织构加工技术,针对超快激光制备仿生织构表面进行系统总结十分必要。对激光加工原理,以及制备耐磨性、润湿性、抗反射性三类特种表面的研究现状进行综述,简述三类织构表面的作用原理、仿生设计与优化。结果表明,超快激光可在材料表面制备出低热源损伤、高表面性能的精细仿生织构,通过仿生自然界中的生物表面结构,织构表面能够实现降低表面摩擦因数,获得超亲/疏水表面以及优异的抗反射性能。但超快激光无法准确烧蚀出所需织构尺寸结构,需要对激光加工进一步研究,将设计与加工紧密联系,构建超快激光织构化体系,实现未来超快激光织构化生产应用。

摘要：表面织构在提升零件的耐磨性、界面接触的减摩性、材料表面的减阻性以及增强或降低材料的吸附性等方面展现出良好的效果。根据表面功能的不同,分别从耐磨表面、减阻表面、疏水表面、粘(脱)附性表面进行研究,综述了各种仿生织构的设计、加工及应用现状。研究发现,耐磨仿生织构图案尺寸相对较大,多在20μm以上,稳定的结构可以承受较大的外力;减阻疏水表面具有细微的突起状结构,能有效地通过微结构改变表面力学性能;粘附性表面得益于生物体微结构的形状尺寸,毛状微结构拥有良好的吸附性。加工方式上,激光刻蚀能精确控制加工尺寸和几何形状,化学刻蚀能得到更细微的表面形貌。仿生织构在机械密封、活塞环、刀具、滑动轴承及齿轮等应用上起到了良好的效果,但是截至目前,表面仿生织构研究较杂,并且未形成体系,相关设计和作用机理并不完善。通过分析仿生织构图案的功能性设计、多尺度复合加工和对零件服役性能的影响,为仿生织构图案的设计提供思路和更加科学的设计方法,并找到适合每种功能表面的加工技术。将仿生学应用于织构技术上,从生物体借鉴优良的功能特性,以期在工程上得到更广泛的应用。

摘要：随着经济的发展,机械加工零件表面的减阻耐磨及抗黏等性能变得尤为重要,为了提高生产加工过程的高效性和节能性,针对零件的表面问题引入仿生织构的概念。仿生织构是仿照生物体表特殊的纹理在摩擦副表面加工出能够实现减摩降阻润滑效果的微/纳结构。介绍了多种具非光滑结构表面生物,综述了几种典型仿生织构类型,阐明了每种织构类型的摩擦磨损机理;从织构类型、结构设计和加工方法、压强分布、摩擦因数和机理分析、应用与展望等方面进行评述,对应用最为广泛的凹坑型和沟槽型织构结合实例分析其摩擦磨损性能并附以数据论证,通过摩擦因数和磨损机理判断织构的减摩降阻效果,从而进一步实现参数优化。分析表明:仿生织构对改善摩擦性能具有重要影响,其中摩擦因数是判断摩擦性能的重要因素,加以磨损机理的深入研究,使得减阻耐磨效果较优的织构类型可大幅提高工业效率,结合工业、航天、汽车等行业中对仿生织构的应用,展望未来仿生织构的广泛研究及在摩擦过程中性能的优化,实现织构化普及应用。

摘要：依据仿生学原理将生物结构进行简化后应用到T型通水管路,基于有限元方法对仿生设计前后的T型管的声学模态进行了分析;采用CFD计算流体力学的方法对原管和仿生管进行流场计算;基于自主搭建的循环水管路系统噪声实验平台,测试原T型管原管的流噪声,以验证数值方法的可靠性;采用边界元方法对比分析了仿生织构管路和原管的流噪声。结果表明:与原管相比,仿生织构T型管在交界处的高速区域与低速区域面积在整个流体域的占比均减少,仿生织构极大降低了附近的速度梯度,显著抑制漩涡的产生,仿生管的出流段流场也更均匀,从而揭示了T型管仿生织构的降噪机理。较低流速下,仿生管对降低流噪声的改善效果低于1 dB,对T型管流噪声的综合影响不大;较高流速下,仿生管降低流噪声接近7 dB,综合改善效果十分明显;仿生织构的应用基本不会改变T型管的声学模态,对于仿生管耦合模态的第四阶、第五阶稍有变化,但随着壁面厚度的增加变化逐渐变小;对于流激振动噪声的控制,仿生织构设计仅适用于管壁较薄的T型三通管路,对管壁较厚的T型三通管路的降噪效果不明显。

摘要：作为反渗透海水淡化系统中的关键元件,能量回收装置能够将高压浓盐水的压力能进行回收再利用,有效降低了反渗透海水淡化系统的能耗水平。在旋转式能量回收装置中,两对关键配流副摩擦间隙的润滑性能对旋转能量回收装置的工作效率有直接影响。使用仿生织构将生物的非光滑形态应用于相对运动的配流副表面,可以改善润滑特性及耐磨性能。本文从旋转式能量回收装置的两对配流副出发,探究了不同形式的仿生织构对配流副水膜压力、泄漏量、剪切力与支撑力的影响,以期为配流副仿生织构的设计提供参考。