基于生物高吸附性能的仿生吸盘优化设计与密封性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775234
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Suction cups are the most important implementation of vacuum adsorption equipment. Sealing performance degradation will increase the vacuum energy consumption and noise, reduce the adsorption capacity, and cause suction cup vacuum leak and other issues. It will also seriously affect the efficiency and reliability of adsorption operations. Therefore, improving the sealing performance of suction cups is the key technical problems for suction cups manufacturing industry to solve. This project broke the traditional idea that only focus on suction cups’ material and special structure to improve the sealing performance. Based on the high sealing characteristics of the typical creatures, the suction cups’ sealing performance and its adsorption capacity were improved through the bionic design of the suction cups’ surface. The research includes: the study on the relationship between the structure of octopus, leeches and other typical creatures sucker and their adsorption pattern; the analysis of biological sucker seal mechanism; the design of non-smooth structure of bionic suction cups according to the sucker working mode and structural characteristics; the research and development of bionic suction cups preparation process; the development of suction cup sealing performance tester and adsorption force tester; the sealing performance and adsorption force of the bionic suction cups were tested and analyzed by finite element analysis method; the effect of bionic morphology on the sealing and adsorption performance of suction cups was studied; the structure parameters of the bionic suction cups were optimized. This project reveals the sealing mechanism of the bionic suction cups and improves the adsorption capacity of it. This project also provides a new research method for the development of high adsorption performance suction cups and has wide application prospect as well as scientific value.
吸盘是真空吸附装备最重要的执行元件。吸盘密封性能下降会造成吸盘真空泄漏、吸附能力降低、真空器能耗与噪声增大等问题,严重影响吸附作业的效率和可靠性。因此提高吸盘密封性能,是吸盘工业亟待解决的关键技术难题。本项目突破以往提高吸盘吸附性能研究只注重吸盘材料、特殊结构的传统理念,基于典型生物具有的高吸附性能,通过对吸盘表面进行仿生设计,达到改善吸盘密封性能,提高吸盘吸附能力的目的。内容包括:研究章鱼、水蛭等典型生物吸盘的结构形态与其吸附方式间的关系,分析生物吸盘密封机理;根据吸盘工作方式与结构特点,设计仿生吸盘非光滑结构形态,研发仿生吸盘制备工艺;研制吸盘密封性能测试仪和吸附力测试仪,对仿生吸盘密封性和吸附力进行测试及有限元模拟分析,研究仿生形态对吸盘密封性能和吸附性能的影响规律,揭示仿生吸盘密封机理,优化仿生吸盘结构参数,为高吸附性能真空吸盘的开发提供新的研究途径,具有广泛的应用前景和科学价值。

结项摘要

吸盘是真空吸附装备最重要的执行元件。吸盘密封性能下降会造成吸盘真空泄漏、吸附能力降低、真空器能耗与噪声增大等问题,严重影响吸附作业的效率和可靠性。因此提高吸盘密封性能,是吸盘工业亟待解决的关键技术难题。本项目突破以往提高吸盘吸附性能研究只注重吸盘材料、特殊结构的传统理念,基于典型生物具有的高吸附性能,通过对吸盘表面进行仿生设计,达到改善吸盘密封性能,提高吸盘吸附能力的目的。项目对具有吸盘或类似吸盘结构的典型生物,如章鱼、鲍鱼、华吸鳅、水蛭等生物进行采集和养殖,共采集生物样本230只,研究了生物吸盘结构形态与其吸附方式间的关系,分析了生物吸盘密封机理;根据吸盘工作方式与结构特点,设计仿生吸盘68种(16种具有不同环形分布的章鱼仿生吸盘,16种具有不同凹槽、密封环耦合形态分布的鲍鱼仿生吸盘,1种具有微米级毛状体形态的华吸鳅仿生吸盘,22种具有条形分布的华吸鳅仿生吸盘以及13种具有凹坑形态分布的水蛭仿生吸盘)。研发了仿生吸盘制备工艺,研制了吸盘密封性能测试仪和吸附力测试仪,对仿生吸盘密封性能和吸附性能进行了测试及有限元模拟分析;研究了仿生吸盘形态参数对吸附性能和密封性能的影响规律,建立了仿生吸盘吸附力和密封时长与仿生吸盘非光滑形态、尺寸和分布等结构参数间的定量关系,优化出各种仿生吸盘的最优结构参数值。干燥环境下,仿生吸盘的吸附能力比原标准吸盘的吸附能力提高12.21-28.29%;湿润环境下,仿生吸盘的吸附能力比原标准吸盘的吸附能力提高23.23-25.71%;揭示了仿生吸盘密封机理,发现仿生形态提高了吸盘与基底表面间的接触压力,使吸盘与基底的贴合更为紧密;增大了吸盘与基底表面间的摩擦应力,减缓了拉力对吸盘吸附及密封的破坏;增大了吸盘工作表面与基底表面之间的接触面积,使吸盘自身能获得更大的吸附力。本项目为高吸附性能真空吸盘的开发提供了新的研究途径,具有广泛的应用前景和科学价值。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(18)
Design, experiment and adsorption mechanism analysis of bionic sucker based on octopus sucker
基于章鱼吸盘的仿生吸盘设计、实验及吸附机理分析
  • DOI:
    10.1177/0954411919879358
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part H: Journal of Engineering in Medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xi Peng;Cong Qian;Xu Jin;Qiu Kun
  • 通讯作者:
    Qiu Kun
Changes of Water/Ice Morphological, Thermodynamic, and Mechanical Parameters During the Freezing Process
冻结过程中水/冰形态、热力学和力学参数的变化
  • DOI:
    10.1007/s13369-021-05502-0
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Arabian Journal for Science and Engineering
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Cong Qian;Xu Jin;Ren Luquan;Jin Jingfu;Chen Tingkun;Choy Kwang Leong
  • 通讯作者:
    Choy Kwang Leong
Surface movement mechanism of abalone and underwater adsorbability of its abdominal foot
鲍鱼的水面运动机制及其腹足的水下吸附能力
  • DOI:
    10.1680/jbibn.18.00044
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xi Peng;Cong Qian;Xu Jin;Sun Lin
  • 通讯作者:
    Sun Lin
Friction and wear performance of bionic stripped piston of BW-160 slime pump
BW-160型煤泥泵仿生剥离活塞摩擦磨损性能
  • DOI:
    10.1177/0954406219887773
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part C: Journal of Mechanical Engineering Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gao Tianyu;Wang Xiaojun;Sun Yiwen;Cheng Xuejing;Cong Qian
  • 通讯作者:
    Cong Qian
Effects of cylindrical pit array on tribological property of Piston Cylinder sleeve friction pair in a BW-250 slime pump
圆柱凹坑排列对BW-250型煤泥泵活塞缸套摩擦副摩擦性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.triboint.2020.106505
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    TRIBOLOGY INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Gao, Tianyu;Zhang, Hong;Cong, Qian
  • 通讯作者:
    Cong, Qian

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其他文献

橡胶柱塞动密封结构设计及优化试验
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  • 期刊:
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  • 作者:
    汝绍锋;乔静波;崔腾飞;丛茜
  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    金敬福;李微微;陈廷坤;丛茜
  • 通讯作者:
    丛茜
水黾多腿并排表面的疏水性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 作者:
    田为军;张兴旺;王骥月;丛茜
  • 通讯作者:
    丛茜
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    石油学报
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    --
  • 作者:
    孙艺文;汝绍锋;丛茜
  • 通讯作者:
    丛茜
基于正交试验设计方法优化仿生活塞结构参数
  • DOI:
    10.13860/j.cnki.sltj.20171201-003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    数理统计与管理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭小平;高天禹;汝绍锋;丛茜
  • 通讯作者:
    丛茜

其他文献

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丛茜的其他基金

基于仿生原理的泥浆泵活塞耐磨与密封机理研究
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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