正六棱柱形仿生橡膠表面的增摩機(jī)理研究.pdf

1、仿生學(xué)是一門從自然環(huán)境的生物體中獲取靈感，并且將其通過轉(zhuǎn)化應(yīng)用到技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域中去的一種方法學(xué)。自然界中，許多具有攀爬能力的動物體表形貌具有天然的增摩防滑功能，若運(yùn)用仿生學(xué)原理，將其應(yīng)用到生產(chǎn)生活中的摩擦領(lǐng)域，可以提高摩擦副之間的摩擦力，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和安全性的提升。
　　本文通過對較強(qiáng)攀爬、吸附能力的樹蛙、蝗蟲、壁虎等生物體的足墊形貌進(jìn)行觀察，利用仿生摩擦學(xué)的基本原理，設(shè)計(jì)出一種正六棱柱形仿生橡膠表面。該仿生橡膠表面是

2、由均勻等距分布的正六棱柱凸包構(gòu)成，凸包尺寸為毫米級，采用橡膠材料來模擬生物體的柔性特征。將正六棱柱的外接圓直徑、高度、間距、板厚設(shè)置為仿生橡膠表面的結(jié)構(gòu)參數(shù)，隨后通過理論分析、有限元分析和摩擦試驗(yàn)的方法研究了仿生橡膠表面的增摩機(jī)理。
　　研究了橡膠的彈性物理學(xué)，分析了在微觀接觸的條件下，仿生橡膠表面的Hertz接觸理論。簡要分析了幾種黏著接觸的解法并解釋了各自的使用范圍，著重分析了適用于仿生橡膠表面的JKR黏著接觸理論，得出兩彈性

3、體之間的黏著接觸的黏著力。
　　運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件對六棱柱形仿生橡膠表面的受壓變形與受拉摩擦進(jìn)行了有限元分析。得到了橡膠平面彎曲變形的最大撓度與均布載荷、六棱柱間距和模型上板厚度的關(guān)系。仿真結(jié)果表明:最大撓度與上板所受正壓力呈正比關(guān)系;最大撓度與六棱柱間距呈正相關(guān)，隨著六棱柱間距的逐漸增大，最大撓度的增幅也在相應(yīng)的增大;最大撓度與模型上板厚度呈負(fù)相關(guān)，隨著模型上板厚度的逐漸增大，最大撓度減小的趨勢也在減緩。通過控制變量法

4、逐個(gè)研究六棱柱間距、六棱柱外接圓直徑、六棱柱高度、正壓力、上板厚度對仿生橡膠表面摩擦特性的影響。大量的仿真數(shù)據(jù)表明:當(dāng)量摩擦系數(shù)隨著六棱柱間距的增加先變大后變小;在六棱柱間距較小時(shí)，正六棱柱外接圓直徑越大，仿生橡膠表面的當(dāng)量摩擦系數(shù)越小，而六棱柱間距較大時(shí)，正六棱柱外接圓直徑越大，仿生橡膠表面的當(dāng)量摩擦系數(shù)越大;仿生橡膠表面的當(dāng)量摩擦系數(shù)隨正六棱柱高度的增加，先變大后變小，最后趨于定值;隨著施加在上板正壓力的逐漸增加，仿生橡膠表面的當(dāng)量

5、摩擦系數(shù)也具有不同程度的增大，并且在正壓力比較小的階段，當(dāng)量摩擦系數(shù)的增幅較大，隨后有所減緩，最后仿生橡膠表面的當(dāng)量摩擦系數(shù)趨于平穩(wěn);上板厚度越大，仿生橡膠表面的當(dāng)量摩擦系數(shù)越小。仿生橡膠表面的當(dāng)量摩擦系數(shù)最高可達(dá)0.7725，增幅最高可達(dá)28.75％。由此可見，仿生橡膠表面具有一定程度的增摩效果。
　　分別對變間距、變六棱柱外接圓直徑、變六棱柱高度、變正壓力、變上板厚度的仿生橡膠表面試樣進(jìn)行摩擦試驗(yàn)，測得各試樣的摩擦力，求得仿生