机械专业硕士开题报告

1、自由式磨料磨损下的凸包和棱纹形仿生自由式磨料磨损下的凸包和棱纹形仿生 表面的摩擦学行为表面的摩擦学行为 专业：农业机械化工程 硕士论文开题硕士论文开题报告报告 内容提要内容提要 l选题的意义选题的意义 l国内外发展现状国内外发展现状 l本课题的研究内容本课题的研究内容 l拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 l预期结果预期结果 l工作计划工作计划 选题意义 l磨损是造成材料和能源损失的主要原因磨损是造成材料和能源损失的主要原因 l磨损造成巨大的经济损失磨损造成巨大的经济损失 选题意义 l磨损的分类方式及标准磨损的分类方式及标准 滑动磨损、滚动磨损、微动磨损、冲击磨损。滑动磨损、

2、滚动磨损、微动磨损、冲击磨损。 l自由式磨料磨损自由式磨料磨损 自由式磨料磨损是发生在许多设备和机械部件上自由式磨料磨损是发生在许多设备和机械部件上 的一种磨损形式。的一种磨损形式。 l本课题所选的生物模型本课题所选的生物模型 水生软体动物蛤蜊的壳和土壤动物穿山甲鳞片。水生软体动物蛤蜊的壳和土壤动物穿山甲鳞片。 国内外发展现状国内外发展现状 l 磨料磨损研究现状磨料磨损研究现状 1.材料自身特性磨损的研究主要针对金属及其合材料自身特性磨损的研究主要针对金属及其合 金、陶瓷、聚合物、复合材料等探索其耐磨的金、陶瓷、聚合物、复合材料等探索其耐磨的 机理。机理。 2.几何结构表面的研究主要是着眼于表

3、面的几何几何结构表面的研究主要是着眼于表面的几何 形态。形态。 3.目前，磨料磨损研究所取得的成果。目前，磨料磨损研究所取得的成果。 国内外发展现状国内外发展现状 l仿生摩擦学研究现状仿生摩擦学研究现状 仿生学是模仿生物系统的结构、形体、功能仿生学是模仿生物系统的结构、形体、功能 原理来设计新技术系统的科学。原理来设计新技术系统的科学。 1.基于鲨鱼皮表面的仿生研究基于鲨鱼皮表面的仿生研究 2.基于猫的爪垫结构的仿生应用基于猫的爪垫结构的仿生应用 3.基于沙漠中的蛇的运动机理的研究基于沙漠中的蛇的运动机理的研究 本课题研究的内容本课题研究的内容 l 实现从生物几何结构表面经仿生、优化设计到实现

4、从生物几何结构表面经仿生、优化设计到 仿生耐磨几何结构表面的转化。仿生耐磨几何结构表面的转化。 l 对两种不同结构（凸包形和棱纹形）形态的仿对两种不同结构（凸包形和棱纹形）形态的仿 生结构表面进行磨料磨损试验，探索其自由式生结构表面进行磨料磨损试验，探索其自由式 磨料磨损机理。磨料磨损机理。 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 耐磨生物耐磨生物 样品采集样品采集 耐磨生物样品表耐磨生物样品表 面几何信息采集面几何信息采集 耐磨生物表面形耐磨生物表面形 状优化及耐磨生状优化及耐磨生 物表面设计制作物表面设计制作 磨料磨损试验方磨料磨损试验方 案的设计案的设计 磨料磨损磨料磨损

5、试验试验 得出结论得出结论 耐磨生物表耐磨生物表 面的确定面的确定 经查阅国内外相关领域的发展现状及所采取的技术路经查阅国内外相关领域的发展现状及所采取的技术路 线，结合本课题的自身特点，并比较择优，最终确定本线，结合本课题的自身特点，并比较择优，最终确定本 课题的技术路线如下：课题的技术路线如下： 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 l 耐磨生物表面的确定耐磨生物表面的确定 l 穿山甲鳞片穿山甲鳞片 穿山甲全身除腹部外均披穿山甲全身除腹部外均披 覆角质瓦状鳞片，每个鳞片覆角质瓦状鳞片，每个鳞片 的基部都被前排鳞片的末端的基部都被前排鳞片的末端 所覆盖所覆盖 。其鳞片外表面有

6、呈。其鳞片外表面有呈 扇形分布的扇形分布的棱纹结构棱纹结构，使其，使其 具有良好的耐磨性具有良好的耐磨性 。 图1穿山甲鳞片 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 l 耐磨生物表面的确定耐磨生物表面的确定 l 蛤蜊的壳蛤蜊的壳 蛤蜊壳的表面在天然蛤蜊壳的表面在天然 条件下，长期承受着水砂条件下，长期承受着水砂 的自由式磨料磨损作用，的自由式磨料磨损作用， 在磨损过程中，其体表呈在磨损过程中，其体表呈 现出优良的耐磨性能。现出优良的耐磨性能。 图2蛤蜊的壳 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 l 耐磨生物样品表面几何信息采集耐磨生物样品表面几何信息采集 本试验利

7、用逆向工程方法来处理，主要操作步骤如下本试验利用逆向工程方法来处理，主要操作步骤如下 ： 标本体表的清理标本体表的清理 和着色处理和着色处理 得出生物体表局得出生物体表局 部数学模型部数学模型 坐标数值的统坐标数值的统 计分析计分析(matlab) cad软件对点云的软件对点云的 坐标提取坐标提取 三维激光数据三维激光数据 点云提取点云提取 imageware软件局软件局 部截取点云并处理部截取点云并处理 成型：在成型：在jfy50型热压型热压 试验机上模压成型。试验机上模压成型。 搅拌：用搅拌：用dh14s型搅拌型搅拌 机将原料搅拌均匀机将原料搅拌均匀 l 试验样品制备的工艺过程试验样品制备

8、的工艺过程 本试验磨损表面的材料为本试验磨损表面的材料为:酚醛树脂酚醛树脂+轻质碳酸钙轻质碳酸钙 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 干燥：对填料（轻质干燥：对填料（轻质 碳酸钙）进行干燥碳酸钙）进行干燥 称量：用天平称取酚醛称量：用天平称取酚醛 树脂和轻质碳酸钙树脂和轻质碳酸钙 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 l耐磨表面的优化设计及其制作耐磨表面的优化设计及其制作 1.表面的优化设计表面的优化设计 根据生物体表局部数学模型，优化设计根据生物体表局部数学模型，优化设计 出两种形态表面，即棱纹形（三种分布态）出两种形态表面，即棱纹形（三种分布态） 和凸包形

9、（三种分布形态）的试验样品表面和凸包形（三种分布形态）的试验样品表面 如下图：如下图： 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 形形 形形 形形 棱纹形表面形态棱纹形表面形态 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 形形 形形 形形 凸包形表面形态凸包形表面形态 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 优化设计 对应设计三种 凸包形表面 对应设计三种 棱纹形表面 穿山甲鳞片表面 局部数学模型 酚醛树脂 轻质碳酸钙 试样模具的 设计 易磨材料的 选择 压制试样 蛤蜊的壳整体数 学模型 耐磨表面的优化设计及其制作耐磨表面的优化设计及其制作 2.耐磨表面的设

10、计制备（如下图）：耐磨表面的设计制备（如下图）： 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 l 耐磨表面的试验方案设计耐磨表面的试验方案设计 因素因素 水平水平 a b c d 试样形式分布试样形式分布 磨料尺寸磨料尺寸/mm 滑动速度滑动速度/m/s 含水量含水量/ wt% 1 2 3 0.104-0.214 1.68 2 0.214-0.420 2.35 5 0.420-0.840 3.02 8 因素水平表：因素水平表： 拟采取的技术路线和实施方案拟采取的技术路线和实施方案 l 耐磨表面的试验方案设计耐磨表面的试验方案设计 列号列号 试验号试验号 1()1()1(0.104-0

11、.214)1(0.104-0.214)1(1.68)1(1.68)1(2)1(2) 1 12(0.214-0.420)2(0.214-0.420)2(2.35)2(2.35)2(5)2(5) 1 13(0.420-0.840)3(0.420-0.840)3(3.02)3(3.02)3(8)3(8) 2()2()1 12 23 3 2 22 23 31 1 2 23 31 12 2 3()3()1 13 32 2 3 32 21 13 3 3 33 32 21 1 1234 试样形式分布磨料尺寸试样形式分布磨料尺寸/mm滑动速度滑动速度/m/s 含水量含水量/ wt% 1 2 3 4 5 6 7

12、 8 9 试验方案及结果分析试验方案及结果分析 磨损率磨损率 试验设备试验设备 jfy50型热压试验机型热压试验机 用于本试验的试验样品的热压成型。用于本试验的试验样品的热压成型。 jmm型转盘式磨料磨损试验机型转盘式磨料磨损试验机 用于本试验的磨料磨损试验，并得到用于本试验的磨料磨损试验，并得到 具有表面磨损特征的磨损试样。具有表面磨损特征的磨损试样。 lsv50型三维激光扫描系统型三维激光扫描系统 用于本试验磨损表面的三维激光扫描，用于本试验磨损表面的三维激光扫描， 并获得点云数据。并获得点云数据。 预期结果预期结果 l 实现从生物耐磨几何结构表面向仿生耐磨几何结实现从生物耐磨几何结构表面向仿生耐磨几何结 构表面的转化，并建立起耐磨几何结构表面的优构表面的转化，并建立起耐磨几何结构表面的优 化设计方法。化设计方法。 l 揭示出两种不同形态（凸包形和棱纹形）的仿生揭示出两种不同形态（凸包形和棱纹形）的仿生 耐磨几何结构表面对耐磨性的影响机理及其规律。耐磨几何结构表面对耐磨性的影响机理及其规律。 为仿生耐磨几何结构表面的优化设计提供理论和为仿生耐磨几何结构表面的优化设计提供理论和 技术依据。技术依据。 工作计划工作计划 时间时间工作内容工作内容 2007.32