高效切割刀具耦合仿生设计理论与技术方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51475205
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0507.机械仿生学与生物制造
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In order to process new materials and modern high-performance materials, cutting tools need to improve cutting performance. On the basis of research on the biological characteristics of badger teeth, the project explores bionic design theories and techniques for efficient cutting tools. According to badger teeth structures, alignment and occlusion way, material properties, including teeth contours, kinematic characteristics, material composition, hierarchical structure, mechanical and tribological properties, we analyze the coupling mechanisms both structures and materials in the process of badger teeth cutting food, which show excellent features on low resistance,low power consumption and low wear. Based on the analysis on failure behavior of existing cutting tools, we intend to use the functional structure of the badger teeth to design and create three types of cutting tool samples used for gantry shear machine, cutting band saw and disk saw, respectively. These cutting tool samples which have different bionic structures possess different motion characteristics. The bionic structure parameters would be optimally designed by simulation methods. The cutting performance of the samples are tested and analyzed. The AlMgB14 ceramic coatings are coated on bionic cutting tool bases by mechanical alloying and plasma spraying technique. We explore the coupling effects and mechanisms both the bionic structure parameters and the coating microstructure properties for cutting tools, such as using orthogonal experimental design and regression forecasting method. This project develops theories and techniques of bionic coupling design for efficient cutting tools.
现代新型材料和高性能材料的加工对切割刀具性能提出了更高的要求。本项目以獾牙齿的生物学特性研究为切入点,探索高效切割刀具耦合仿生设计理论和技术方法。对獾牙齿结构、排列和咬合方式、材料特性,包括齿形轮廓、运动学特征、材料成分、构成方式、机械性能、摩擦学特性等进行研究,分析其在切割食物过程中低阻力、低功耗和低磨损特性以及结构和材料耦合作用机理;在分析现有切割刀具失效行为的基础上,以獾牙齿不同功能结构为原型,设计应用于龙门剪切机刀片、切割带锯、圆盘锯三种具有不同运动特征的切割刀具仿生结构,采用模拟仿真方法对仿生结构进行优化设计;制备仿生切割刀具样品,采用机械合金化和等离子喷涂技术在样品上制备AlMgB14陶瓷涂层,对样品切割性能进行测试和分析;采用正交试验设计、回归预测等方法,研究仿生结构参数和涂层组织结构对切割刀具性能的耦合作用规律和影响机理,并形成系统的高效切割刀具耦合仿生设计理论与技术方法。

结项摘要

本项目针对切割部件和挖掘机斗齿在工作过程中所面临的效率和寿命问题,开展仿生切割部件的设计理论和方法研究。通过对狗獾牙齿的微观结构、力学性能及组成成分进行分析,研究了狗獾牙齿釉质层和本质层硬度的差异。通过咬合力传感器测量狗獾咬合时的咬合曲线,研究了狗獾在咬合物体时的咬合力大小和特点。基于计算机断层扫描和三维扫描技术,构建了狗獾头部和爪趾模型,并进行优化。基于计算机视觉技术和描点法,提取了狗獾犬齿和爪趾的特征曲线,并进行了拟合。通过三维计算机软件,对所研究部件进行仿生设计,进行静力学分析,并对所设计部件进行了再优化。对所设计部件进行了加工,利用试验优化方法进行试验台切割与挖掘试验,得到了所设计仿生部件与市售对比部件的切割和挖掘参数。利用仿真模拟对锯切削过程中的温度场和切屑的Mises 应力进行了分析,并对仿生锯齿对切屑的影响进行了探讨。对被切材料的断面形貌进行了分析,最终得到了适用于不同切削速度条件下的齿形参数。形成了系统的高效切割刀具耦合仿生设计理论与技术方法。利用等离子表面强化技术,将Ni60A-wt.%AlMgB14复合粉末喷涂于M42高速钢表面,通过磨损试验,探索了其磨损性能与机理。耐磨涂层能够有效降低试样的磨损率和摩擦因数。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(2)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
国内外压铸冲头的研究现状及发展
  • DOI:
    10.15980/j.tzzz.2015.08.018
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    特种铸造及有色合金
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马云海;王虎彪;尚文博;高知辉;佟金;柴兴旺;方健儒;肖杨;高喜军
  • 通讯作者:
    高喜军
Mineral fibre reinforced friction composites: effect of rockwool fibre on mechanical and tribological behaviour
矿物纤维增强摩擦复合材料:岩棉纤维对机械和摩擦学行为的影响
  • DOI:
    10.1088/2053-1591/aad767
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Materials Research Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Liu Yucheng;Ma Yunhai;Yu Jiangtao;Zhuang Jian;Tong Jin;Liu Yucheng;Lv Xueman;Ma YH
  • 通讯作者:
    Ma YH
Performance assessment of hybrid fibers reinforced friction composites under dry sliding conditions
混合纤维增强摩擦复合材料在干滑动条件下的性能评估
  • DOI:
    10.1016/j.triboint.2017.11.012
  • 发表时间:
    2018-03-01
  • 期刊:
    TRIBOLOGY INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Ma, Yunhai;Liu, Yucheng;Jia, Honglei
  • 通讯作者:
    Jia, Honglei
Application of a bionic ring structure on drill pipe surfaces to improve the performance of anti-corrosion coatings
钻杆表面仿生环结构的应用提高防腐涂层性能
  • DOI:
    10.1108/acmm-11-2015-1607
  • 发表时间:
    2016-05
  • 期刊:
    Anti-Corrosion Methods and Materials
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Ma Yunhai;Wang Hubiao;Zhang Xin;Shang Wenbo;Tong Jin;Chang Zhiyong
  • 通讯作者:
    Chang Zhiyong
Friction and wear behaviour of steel with bionic non-smooth surfaces during sliding
仿生非光滑表面钢滑动过程中的摩擦磨损行为
  • DOI:
    10.1080/02670836.2015.1121579
  • 发表时间:
    2016-01
  • 期刊:
    Materials Science and Technology
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Ma Y.;Wang H.;Xiao Y.;Fan X.;Tong J.;Guo L.;Tian L.
  • 通讯作者:
    Tian L.

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其他文献

Effects of wool fibers on tribological behavior of friction materials
羊毛纤维对摩擦材料摩擦学行为的影响
  • DOI:
    10.1177/0892705714526913
  • 发表时间:
    2014-03
  • 期刊:
    Journal of Thermoplastic Composite Materials
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    马云海;刘玉成;高知辉
  • 通讯作者:
    高知辉
结构仿生化黄麻纤维摩擦材料性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马云海;柴兴旺;闫志峰
  • 通讯作者:
    闫志峰
造粒技术在摩擦材料方面的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    黄石理工学院学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王宝刚;卢鑫;柴兴旺;孙俊杰;李永奇;陈东辉;马云海
  • 通讯作者:
    马云海
环文蛤贝壳角质层摩擦学特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马云海;闫志峰;柴兴旺
  • 通讯作者:
    柴兴旺
提高热塑性淀粉材料耐水性的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    佟金;马云海;周江
  • 通讯作者:
    周江

其他文献

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马云海的其他基金

面向差异化农艺需求的仿生振动深松方法研究
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面向根土复合体的高效切割结构仿生设计方法研究
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    51875242
  • 批准年份:
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    面上项目
生物纤维增强低树脂摩擦材料的结构仿生及摩擦学行为
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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