土壤机具系统仿生减摩表面设计与试验研究

本论文研究得到国家杰出青年科学基金( 50025516)和国家自然科学基金(50275037)资助。根据生物表面非光滑结构,分别使用钢和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料对矛型播种开沟器触土表面进行仿生设计,包括凸包型、台阶型、半圆柱型及脊型。利用ANASYS 软件进行模拟分析,发现与普通和钢质仿生开沟器相比,UHMWPE材料仿生开沟器在运动方向上具较低等应力及其分布,UHMWPE材料仿生脊型开沟器具最低应力。根据黄鼠爪上轮廓曲线和生物非光滑特征,进行播种培土器和推土铲表面仿生设计及模拟分析,发现UHMWPE材料凸包及台阶型培土器和UHMWPE覆盖板型推土铲具最低应力。与普通和钢质仿生表面相比,UHMWPE材料仿生培土器和推土铲具低的等应力及其分布。利用C++程序对普通和仿生开沟器的土壤阻力和动力消耗进行了预测,并在室内土槽对普通和仿生脊型开沟器进行试验研究,证实仿生脊型开沟器具良好减阻性能。