仿生抗沖蝕功能表面設計理論與技術

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 摩擦與磨損 1
1.1.1 摩擦 1
1.1.2 磨損 1
1.2 沖蝕磨損 2
1.2.1 噴砂沖蝕 3
1.2.2 泥漿沖蝕 3
1.2.3 氣蝕 3
1.2.4 雨蝕 4
1.3 抗沖蝕研究現(xiàn)狀與進展 4
1.3.1 抗沖蝕材料 4
1.3.2 抗沖蝕涂層 6
1.3.3 仿生抗沖蝕技術 6
1.4 力學性能優(yōu)異的功能表面 8
1.4.1 超親水/疏水功能表面 8
1.4.2 黏附/脫附功能表面 9
1.4.3 減阻/降噪功能表面 10
1.4.4 防霧/減反射功能表面 11
1.4.5 抗菌功能表面 13
1.4.6 油水分離功能表面 15
1.4.7 集水/運輸功能表面 17
1.4.8 高硬度/韌性功能表面 19
參考文獻 20
第2章 抗沖蝕基本理論與工藝 26
2.1 沖蝕的影響因素 26
2.1.1 沖擊角度 26
2.1.2 沖擊速度 26
2.1.3 時間 27
2.1.4 環(huán)境溫度 27
2.1.5 磨粒性能 27
2.1.6 靶材性質(zhì) 27
2.2 沖蝕模型 28
2.2.1 顆粒反彈模型 28
2.2.2 沖蝕率計算模型 29
2.2.3 沖蝕的仿生模型 29
2.3 抗沖蝕方法 30
2.3.1 表面改性 30
2.3.2 表面涂層 31
2.3.3 改進設計 32
2.3.4 復合材料 33
2.4 **沖蝕基本理論 33
2.4.1 微切削理論 34
2.4.2 變形磨損理論 34
2.4.3 鍛造擠壓理論 34
2.4.4 二次沖蝕理論 35
2.4.5 低周疲勞理論 35
參考文獻 36
第3章 自然界生物抗沖蝕的啟示 40
3.1 沙漠蝎子 40
3.1.1 沙漠蝎子背部體表的形態(tài) 42
3.1.2 沙漠蝎子背板橫截面形貌 50
3.1.3 沙漠蝎子背板的化學組成 56
3.1.4 沙漠蝎子背板的拉伸力學性能 59
3.1.5 沙漠蝎子背板橫截面的微觀力學性能 67
3.1.6 沙漠蝎子的抗沖蝕特性 76
3.2 沙漠紅柳 79
3.2.1 沙漠紅柳的體表形態(tài)及微觀結(jié)構(gòu) 79
3.2.2 沙漠紅柳偏心方向規(guī)律 87
3.2.3 沙漠紅柳的化學組成 89
3.2.4 紅柳的拉伸性能 96
3.2.5 紅柳橫切面的微觀硬度和彈性模量 98
3.2.6 紅柳內(nèi)部殘余應力 102
3.2.7 沙漠紅柳的抗沖蝕特性 106
參考文獻 110
第4章 典型生物抗沖蝕機理 115
4.1 沙漠蝎子抗沖蝕機理 115
4.1.1 沙漠蝎子體表形態(tài)對抗沖蝕性能的影響 115
4.1.2 沙漠蝎子背板梯度分層結(jié)構(gòu)對抗沖蝕性能的影響 119
4.1.3 沙漠蝎子背板化學成分對力學性能的影響 121
4.1.4 沙漠蝎子背板力學性能對抗沖蝕性能的影響 122
4.1.5 沙漠蝎子體表多元抗沖蝕特性 122
4.2 沙漠紅柳抗沖蝕機理 123
4.2.1 沙漠紅柳內(nèi)部殘余應力與偏心結(jié)構(gòu)間的關系 124
4.2.2 沙漠紅柳偏心結(jié)構(gòu)與體表形態(tài)間的關系 124
4.2.3 沙漠紅柳體表形態(tài)對抗沖蝕性能的影響 125
4.2.4 沙漠紅柳內(nèi)部有機化學成分對力學性能的影響 126
4.2.5 沙漠紅柳內(nèi)部無機化學成分對力學性能的影響 127
4.2.6 沙漠紅柳彈性模量對抗沖蝕性能的影響 127
4.2.7 沙漠紅柳適應風沙沖蝕的主動防御策略 127
參考文獻 129
第5章 功能表面抗沖蝕過程數(shù)值模擬 132
5.1 普通表面抗沖蝕過程數(shù)值模擬 132
5.2 單元仿生表面抗沖蝕過程數(shù)值模擬 133
5.2.1 仿生凹槽、凸包表面抗沖蝕過程 133
5.2.2 不同橫截面結(jié)構(gòu)的仿生凹槽表面抗沖蝕過程 149
5.3 復合仿生表面抗沖蝕過程數(shù)值模擬 154
5.3.1 凹槽與弧形復合仿生表面抗沖蝕過程 154
5.3.2　凸包與弧形復合仿生表面抗沖蝕過程 160
5.3.3 凸包與凹槽復合仿生表面抗沖蝕過程 164
5.4 耦合仿生表面抗沖蝕過程數(shù)值模擬 170
5.4.1 凹槽形態(tài)與材料耦合仿生表面抗沖蝕過程 170
5.4.2 復合形態(tài)與材料耦合仿生表面抗沖蝕過程 173
5.5 離心風機葉片沖蝕數(shù)值模擬 181
5.5.1 離心風機 181
5.5.2 離心風機氣-固兩相流場模擬 181
5.5.3 模擬結(jié)果及分析 185
5.6 直升機旋翼葉片沖蝕數(shù)值模擬 189
5.6.1 局部槳葉沖蝕分析 189
5.6.2 無人直升機全槳葉沖蝕分析 195
參考文獻 203
第6章 仿生抗沖蝕功能表面模型建立與設計原理 207
6.1 仿生抗沖蝕功能表面模型分析 207
6.2 仿生抗沖蝕功能表面模型建立 209
6.2.1 數(shù)學模型 209
6.2.2 物理模型 216
6.2.3 結(jié)構(gòu)模型 219
6.2.4 仿生模型 220
6.3 仿生抗沖蝕功能表面設計原理 227
6.3.1 相似性原理 227
6.3.2 功能性原理 228
6.3.3 比較性原理 228
參考文獻 230
第7章 仿生抗沖蝕功能表面的制造、測試與應用 234
7.1　仿生抗沖蝕功能表面制造技術概述 235
7.1.1　數(shù)控加工 235
7.1.2 注塑成型 235
7.1.3 快速成型 237
7.1.4 電子束加工 238
7.1.5 激光表面處理技術 239
7.1.6 氣相沉積技術 240
7.1.7 光刻與電鍍復合加工 240
7.1.8 增減材混合制造 240
7.2 仿生抗沖蝕功能表面制造技術 242
7.2.1 單元仿生表面制造 242
7.2.2 復合仿生功能表面制造 246
7.2.3 耦合仿生功能表面制造 255
7.3 仿生抗沖蝕功能表面沖蝕試驗 266
7.3.1 試驗設備 266
7.3.2 測試參數(shù) 268
7.3.3 影響因素 269
7.3.4 結(jié)果分析 271
7.3.5 單元仿生表面制造沖蝕試驗 276
7.3.6 復合仿生功能表面沖蝕試驗 292
7.3.7 耦合仿生功能表面沖蝕試驗 306
7.4 仿生抗沖蝕功能表面典型應用 318
7.4.1 單元仿生風機葉片 318
7.4.2　耦合仿生風機葉片 325
參考文獻 333