描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030760685
内容简介
冲蚀磨损给工业发展和社会进步造成巨大的经济损失，给人类和自然环境带来了严重的安全威胁。现阶段冲蚀磨损大都停留在被动防护阶段，并且在实际应用过程中还存在一定的局限性。实际上，抗冲蚀问题在生物界已得到完美的解决。《仿生抗冲蚀功能表面设计理论与技术》受生物启发，揭示典型沙漠生物和海洋生物自适应主动抗冲蚀功能形成机理、特征规律与多因素作用机制，并进行抗冲蚀功能表面综合仿生设计和仿生控制成型，为抗冲蚀研究提供新的理论基础。
目 录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 摩擦与磨损 1
1.1.1 摩擦 1
1.1.2 磨损 1
1.2 冲蚀磨损 2
1.2.1 喷砂冲蚀 3
1.2.2 泥浆冲蚀 3
1.2.3 气蚀 3
1.2.4 雨蚀 4
1.3 抗冲蚀研究现状与进展 4
1.3.1 抗冲蚀材料 4
1.3.2 抗冲蚀涂层 6
1.3.3 仿生抗冲蚀技术 6
1.4 力学性能优异的功能表面 8
1.4.1 超亲水/疏水功能表面 8
1.4.2 黏附/脱附功能表面 9
1.4.3 减阻/降噪功能表面 10
1.4.4 防雾/减反射功能表面 11
1.4.5 抗菌功能表面 13
1.4.6 油水分离功能表面 15
1.4.7 集水/运输功能表面 17
1.4.8 高硬度/韧性功能表面 19
参考文献 20
第2章 抗冲蚀基本理论与工艺 26
2.1 冲蚀的影响因素 26
2.1.1 冲击角度 26
2.1.2 冲击速度 26
2.1.3 时间 27
2.1.4 环境温度 27
2.1.5 磨粒性能 27
2.1.6 靶材性质 27
2.2 冲蚀模型 28
2.2.1 颗粒反弹模型 28
2.2.2 冲蚀率计算模型 29
2.2.3 冲蚀的仿生模型 29
2.3 抗冲蚀方法 30
2.3.1 表面改性 30
2.3.2 表面涂层 31
2.3.3 改进设计 32
2.3.4 复合材料 33
2.4 **冲蚀基本理论 33
2.4.1 微切削理论 34
2.4.2 变形磨损理论 34
2.4.3 锻造挤压理论 34
2.4.4 二次冲蚀理论 35
2.4.5 低周疲劳理论 35
参考文献 36
第3章 自然界生物抗冲蚀的启示 40
3.1 沙漠蝎子 40
3.1.1 沙漠蝎子背部体表的形态 42
3.1.2 沙漠蝎子背板横截面形貌 50
3.1.3 沙漠蝎子背板的化学组成 56
3.1.4 沙漠蝎子背板的拉伸力学性能 59
3.1.5 沙漠蝎子背板横截面的微观力学性能 67
3.1.6 沙漠蝎子的抗冲蚀特性 76
3.2 沙漠红柳 79
3.2.1 沙漠红柳的体表形态及微观结构 79
3.2.2 沙漠红柳偏心方向规律 87
3.2.3 沙漠红柳的化学组成 89
3.2.4 红柳的拉伸性能 96
3.2.5 红柳横切面的微观硬度和弹性模量 98
3.2.6 红柳内部残余应力 102
3.2.7 沙漠红柳的抗冲蚀特性 106
参考文献 110
第4章 典型生物抗冲蚀机理 115
4.1 沙漠蝎子抗冲蚀机理 115
4.1.1 沙漠蝎子体表形态对抗冲蚀性能的影响 115
4.1.2 沙漠蝎子背板梯度分层结构对抗冲蚀性能的影响 119
4.1.3 沙漠蝎子背板化学成分对力学性能的影响 121
4.1.4 沙漠蝎子背板力学性能对抗冲蚀性能的影响 122
4.1.5 沙漠蝎子体表多元抗冲蚀特性 122
4.2 沙漠红柳抗冲蚀机理 123
4.2.1 沙漠红柳内部残余应力与偏心结构间的关系 124
4.2.2 沙漠红柳偏心结构与体表形态间的关系 124
4.2.3 沙漠红柳体表形态对抗冲蚀性能的影响 125
4.2.4 沙漠红柳内部有机化学成分对力学性能的影响 126
4.2.5 沙漠红柳内部无机化学成分对力学性能的影响 127
4.2.6 沙漠红柳弹性模量对抗冲蚀性能的影响 127
4.2.7 沙漠红柳适应风沙冲蚀的主动防御策略 127
参考文献 129
第5章 功能表面抗冲蚀过程数值模拟 132
5.1 普通表面抗冲蚀过程数值模拟 132
5.2 单元仿生表面抗冲蚀过程数值模拟 133
5.2.1 仿生凹槽、凸包表面抗冲蚀过程 133
5.2.2 不同横截面结构的仿生凹槽表面抗冲蚀过程 149
5.3 复合仿生表面抗冲蚀过程数值模拟 154
5.3.1 凹槽与弧形复合仿生表面抗冲蚀过程 154
5.3.2 凸包与弧形复合仿生表面抗冲蚀过程 160
5.3.3 凸包与凹槽复合仿生表面抗冲蚀过程 164
5.4 耦合仿生表面抗冲蚀过程数值模拟 170
5.4.1 凹槽形态与材料耦合仿生表面抗冲蚀过程 170
5.4.2 复合形态与材料耦合仿生表面抗冲蚀过程 173
5.5 离心风机叶片冲蚀数值模拟 181
5.5.1 离心风机 181
5.5.2 离心风机气-固两相流场模拟 181
5.5.3 模拟结果及分析 185
5.6 直升机旋翼叶片冲蚀数值模拟 189
5.6.1 局部桨叶冲蚀分析 189
5.6.2 无人直升机全桨叶冲蚀分析 195
参考文献 203
第6章 仿生抗冲蚀功能表面模型建立与设计原理 207
6.1 仿生抗冲蚀功能表面模型分析 207
6.2 仿生抗冲蚀功能表面模型建立 209
6.2.1 数学模型 209
6.2.2 物理模型 216
6.2.3 结构模型 219
6.2.4 仿生模型 220
6.3 仿生抗冲蚀功能表面设计原理 227
6.3.1 相似性原理 227
6.3.2 功能性原理 228
6.3.3 比较性原理 228
参考文献 230
第7章 仿生抗冲蚀功能表面的制造、测试与应用 234
7.1 仿生抗冲蚀功能表面制造技术概述 235
7.1.1 数控加工 235
7.1.2 注塑成型 235
7.1.3 快速成型 237
7.1.4 电子束加工 238
7.1.5 激光表面处理技术 239
7.1.6 气相沉积技术 240
7.1.7 光刻与电镀复合加工 240
7.1.8 增减材混合制造 240
7.2 仿生抗冲蚀功能表面制造技术 242
7.2.1 单元仿生表面制造 242
7.2.2 复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 仿生抗冲蚀功能表面冲蚀试验 266
7.3.1 试验设备 266
7.3.2 测试参数 268
7.3.3 影响因素 269
7.3.4 结果分析 271
7.3.5 单元仿生表面制造冲蚀试验 276
7.3.6 复合仿生功能表面冲蚀试验 292
7.3.7 耦合仿生功能表面冲蚀试验 306
7.4 仿生抗冲蚀功能表面典型应用 318
7.4.1 单元仿生风机叶片 318
7.4.2 耦合仿生风机叶片 325
参考文献 333
前言
第1章 绪论 1
1.1 摩擦与磨损 1
1.1.1 摩擦 1
1.1.2 磨损 1
1.2 冲蚀磨损 2
1.2.1 喷砂冲蚀 3
1.2.2 泥浆冲蚀 3
1.2.3 气蚀 3
1.2.4 雨蚀 4
1.3 抗冲蚀研究现状与进展 4
1.3.1 抗冲蚀材料 4
1.3.2 抗冲蚀涂层 6
1.3.3 仿生抗冲蚀技术 6
1.4 力学性能优异的功能表面 8
1.4.1 超亲水/疏水功能表面 8
1.4.2 黏附/脱附功能表面 9
1.4.3 减阻/降噪功能表面 10
1.4.4 防雾/减反射功能表面 11
1.4.5 抗菌功能表面 13
1.4.6 油水分离功能表面 15
1.4.7 集水/运输功能表面 17
1.4.8 高硬度/韧性功能表面 19
参考文献 20
第2章 抗冲蚀基本理论与工艺 26
2.1 冲蚀的影响因素 26
2.1.1 冲击角度 26
2.1.2 冲击速度 26
2.1.3 时间 27
2.1.4 环境温度 27
2.1.5 磨粒性能 27
2.1.6 靶材性质 27
2.2 冲蚀模型 28
2.2.1 颗粒反弹模型 28
2.2.2 冲蚀率计算模型 29
2.2.3 冲蚀的仿生模型 29
2.3 抗冲蚀方法 30
2.3.1 表面改性 30
2.3.2 表面涂层 31
2.3.3 改进设计 32
2.3.4 复合材料 33
2.4 **冲蚀基本理论 33
2.4.1 微切削理论 34
2.4.2 变形磨损理论 34
2.4.3 锻造挤压理论 34
2.4.4 二次冲蚀理论 35
2.4.5 低周疲劳理论 35
参考文献 36
第3章 自然界生物抗冲蚀的启示 40
3.1 沙漠蝎子 40
3.1.1 沙漠蝎子背部体表的形态 42
3.1.2 沙漠蝎子背板横截面形貌 50
3.1.3 沙漠蝎子背板的化学组成 56
3.1.4 沙漠蝎子背板的拉伸力学性能 59
3.1.5 沙漠蝎子背板横截面的微观力学性能 67
3.1.6 沙漠蝎子的抗冲蚀特性 76
3.2 沙漠红柳 79
3.2.1 沙漠红柳的体表形态及微观结构 79
3.2.2 沙漠红柳偏心方向规律 87
3.2.3 沙漠红柳的化学组成 89
3.2.4 红柳的拉伸性能 96
3.2.5 红柳横切面的微观硬度和弹性模量 98
3.2.6 红柳内部残余应力 102
3.2.7 沙漠红柳的抗冲蚀特性 106
参考文献 110
第4章 典型生物抗冲蚀机理 115
4.1 沙漠蝎子抗冲蚀机理 115
4.1.1 沙漠蝎子体表形态对抗冲蚀性能的影响 115
4.1.2 沙漠蝎子背板梯度分层结构对抗冲蚀性能的影响 119
4.1.3 沙漠蝎子背板化学成分对力学性能的影响 121
4.1.4 沙漠蝎子背板力学性能对抗冲蚀性能的影响 122
4.1.5 沙漠蝎子体表多元抗冲蚀特性 122
4.2 沙漠红柳抗冲蚀机理 123
4.2.1 沙漠红柳内部残余应力与偏心结构间的关系 124
4.2.2 沙漠红柳偏心结构与体表形态间的关系 124
4.2.3 沙漠红柳体表形态对抗冲蚀性能的影响 125
4.2.4 沙漠红柳内部有机化学成分对力学性能的影响 126
4.2.5 沙漠红柳内部无机化学成分对力学性能的影响 127
4.2.6 沙漠红柳弹性模量对抗冲蚀性能的影响 127
4.2.7 沙漠红柳适应风沙冲蚀的主动防御策略 127
参考文献 129
第5章 功能表面抗冲蚀过程数值模拟 132
5.1 普通表面抗冲蚀过程数值模拟 132
5.2 单元仿生表面抗冲蚀过程数值模拟 133
5.2.1 仿生凹槽、凸包表面抗冲蚀过程 133
5.2.2 不同横截面结构的仿生凹槽表面抗冲蚀过程 149
5.3 复合仿生表面抗冲蚀过程数值模拟 154
5.3.1 凹槽与弧形复合仿生表面抗冲蚀过程 154
5.3.2 凸包与弧形复合仿生表面抗冲蚀过程 160
5.3.3 凸包与凹槽复合仿生表面抗冲蚀过程 164
5.4 耦合仿生表面抗冲蚀过程数值模拟 170
5.4.1 凹槽形态与材料耦合仿生表面抗冲蚀过程 170
5.4.2 复合形态与材料耦合仿生表面抗冲蚀过程 173
5.5 离心风机叶片冲蚀数值模拟 181
5.5.1 离心风机 181
5.5.2 离心风机气-固两相流场模拟 181
5.5.3 模拟结果及分析 185
5.6 直升机旋翼叶片冲蚀数值模拟 189
5.6.1 局部桨叶冲蚀分析 189
5.6.2 无人直升机全桨叶冲蚀分析 195
参考文献 203
第6章 仿生抗冲蚀功能表面模型建立与设计原理 207
6.1 仿生抗冲蚀功能表面模型分析 207
6.2 仿生抗冲蚀功能表面模型建立 209
6.2.1 数学模型 209
6.2.2 物理模型 216
6.2.3 结构模型 219
6.2.4 仿生模型 220
6.3 仿生抗冲蚀功能表面设计原理 227
6.3.1 相似性原理 227
6.3.2 功能性原理 228
6.3.3 比较性原理 228
参考文献 230
第7章 仿生抗冲蚀功能表面的制造、测试与应用 234
7.1 仿生抗冲蚀功能表面制造技术概述 235
7.1.1 数控加工 235
7.1.2 注塑成型 235
7.1.3 快速成型 237
7.1.4 电子束加工 238
7.1.5 激光表面处理技术 239
7.1.6 气相沉积技术 240
7.1.7 光刻与电镀复合加工 240
7.1.8 增减材混合制造 240
7.2 仿生抗冲蚀功能表面制造技术 242
7.2.1 单元仿生表面制造 242
7.2.2 复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 仿生抗冲蚀功能表面冲蚀试验 266
7.3.1 试验设备 266
7.3.2 测试参数 268
7.3.3 影响因素 269
7.3.4 结果分析 271
7.3.5 单元仿生表面制造冲蚀试验 276
7.3.6 复合仿生功能表面冲蚀试验 292
7.3.7 耦合仿生功能表面冲蚀试验 306
7.4 仿生抗冲蚀功能表面典型应用 318
7.4.1 单元仿生风机叶片 318
7.4.2 耦合仿生风机叶片 325
参考文献 333
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