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教育部科学技术研究项目系列介绍之五——减阻耐磨综合仿生表面研究
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教育部科学技术研究项目系列介绍之五——减阻耐磨综合仿生表面研究 (2004年度教育部科学技术优秀项目） 项目编号：重点00039 依托单位：吉林大学 项目负责人：佟金 仿生的基本理念是从自然体系获得灵感，用于技术创新。仿生被认为是永恒的科技前沿，是发展高新技术的重要手段，成为新世纪科技竞争的热点领域。针对农业机械等地面机械领域中存在的由于土壤对机械部件的阻力大，导致能耗高及磨损严重的问题，以土壤动物和天然生物材料为学习对象，探索改进和提高土壤工作部件减阻与耐磨综合性能的技术方法，是本项目的研究目标，开展了相应的理论和技术研究工作。 竹材作为天然长纤维增强生物复合材料，其仿生研究倍受重视，课题组研究了竹材横断表面的土壤磨料磨损行为，确立了竹纤维密度对土壤磨损行为的影响，分析了竹材横断表面在磨损过程中形成的形态表面特征及其耐磨机理。考察了穿山甲鳞片和水生软体动物壳体表面棱纹形态表面的土壤磨料磨损行为，发现这类表面上的棱纹取向对其磨损作用的方向性规律。揭示了土壤动物体表凸包形减阻表面的耐磨作用，解决了形态耐磨表面几何结构单元磨损的测量技术。分析了土壤磨料磨损条件下的生物形态表面耐磨的引导效应和滚动效应。研制了超高分子量聚乙烯基减阻耐磨复合材料，详细考察了它们的力学性能、润湿性、土壤摩擦、干滑动摩擦学和土壤磨料磨损行为，并应用于水田犁壁设计中。证实采用有效的形态表面和一定耐磨性能的减阻材料能够很好地实现减阻耐磨的综合效果。初步揭示了臭蜣螂表皮纳米力学性能，解决了纳米力学性能测试方法；初步探索了面向仿生步行技术的动物步行足三维几何特征逆向工程测量及几何模型建立方法；在分析土壤洞穴动物挖掘足几何形状及其减阻机理基础上，进行了深松铲柄仿生减阻设计方法探索。研究成果为农业机械触土部件高效节能仿生技术的进一步发展提供了很好的基础。研制的水田犁壁和仿生深松铲柄具有实现产品化的前景。所揭示的生物表面摩擦学行为特征对以散体物料为工作介质或工作对象的其它机械设备部件的减阻耐磨仿生表面设计，具有重要的参考价值。发表学术论文11篇，其中2篇国际学术刊物论文被SCI和EI收录，申请国家发明专利1项，鉴定成果1项。 佟金教授主要从事农业工程和地面机械仿生研究。曾先后在英国赛尔福大学、美国堪萨斯州立大学、英国华威大学和日本筑波大学从事合作研究。1999年入选国家百千万人才工程第一、二层次人选，2000年获国家杰出青年科学基金资助，同年被遴选为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，2002年被遴选为教育部优秀骨干教师。发表学术论文100余篇，其中SCI、EI收录50余篇、SCI纯他引48次；获省部级科技一等奖2项、二等奖5项，授权发明专利3项，2004年获国际农业工程学会约翰迪尔工业奖。 |
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