机械专业硕士开题报告

自由式磨料磨损下的凸包和棱纹形仿生表面的摩擦学行为专业：农业机械化工程硕士论文开题报告内容提要选题的意义国内外发展现状本课题的研究内容拟采取的技术路线和实施方案预期结果工作计划•选题意义磨损是造成材料和能源损失的主要原因磨损造成巨大的经济损失•选题意义磨损的分类方式及标准滑动磨损、滚动磨损、微动磨损、冲击磨损。自由式磨料磨损自由式磨料磨损是发生在许多设备和机械部件上的一种磨损形式。本课题所选的生物模型水生软体动物蛤蜊的壳和土壤动物穿山甲鳞片。•国内外发展现状磨料磨损研究现状1.材料自身特性磨损的研究主要针对金属及其合金、陶瓷、聚合物、复合材料等探索其耐磨的机理。2.几何结构表面的研究主要是着眼于表面的几何形态。3.目前，磨料磨损研究所取得的成果。•国内外发展现状仿生摩擦学研究现状仿生学是模仿生物系统的结构、形体、功能原理来设计新技术系统的科学。1.基于鲨鱼皮表面的仿生研究2.基于猫的爪垫结构的仿生应用3.基于沙漠中的蛇的运动机理的研究•本课题研究的内容实现从生物几何结构表面经仿生、优化设计到仿生耐磨几何结构表面的转化。对两种不同结构（凸包形和棱纹形）形态的仿生结构表面进行磨料磨损试验，探索其自由式磨料磨损机理。拟采取的技术路线和实施方案耐磨生物样品采集耐磨生物样品表面几何信息采集耐磨生物表面形状优化及耐磨生物表面设计制作磨料磨损试验方案的设计磨料磨损试验得出结论耐磨生物表面的确定•经查阅国内外相关领域的发展现状及所采取的技术路线，结合本课题的自身特点，并比较择优，最终确定本课题的技术路线如下：•拟采取的技术路线和实施方案耐磨生物表面的确定穿山甲鳞片穿山甲全身除腹部外均披覆角质瓦状鳞片，每个鳞片的基部都被前排鳞片的末端所覆盖。其鳞片外表面有呈扇形分布的棱纹结构，使其具有良好的耐磨性。图1穿山甲鳞片•拟采取的技术路线和实施方案耐磨生物表面的确定蛤蜊的壳蛤蜊壳的表面在天然条件下，长期承受着水砂的自由式磨料磨损作用，在磨损过程中，其体表呈现出优良的耐磨性能。图2蛤蜊的壳•拟采取的技术路线和实施方案耐磨生物样品表面几何信息采集本试验利用逆向工程方法来处理，主要操作步骤如下：标本体表的清理和着色处理得出生物体表局部数学模型坐标数值的统计分析(Matlab)CAD软件对点云的坐标提取三维激光数据点云提取Imageware软件局部截取点云并处理成型：在JFY50型热压试验机上模压成型。搅拌：用DH14S型搅拌机将原料搅拌均匀试验样品制备的工艺过程本试验磨损表面的材料为:酚醛树脂+轻质碳酸钙•拟采取的技术路线和实施方案干燥：对填料（轻质碳酸钙）进行干燥称量：用天平称取酚醛树脂和轻质碳酸钙•拟采取的技术路线和实施方案耐磨表面的优化设计及其制作1.表面的优化设计根据生物体表局部数学模型，优化设计出两种形态表面，即棱纹形（三种分布态）和凸包形（三种分布形态）的试验样品表面如下图：•拟采取的技术路线和实施方案Ⅰ形Ⅱ形Ⅲ形棱纹形表面形态•拟采取的技术路线和实施方案Ⅰ形Ⅱ形Ⅲ形凸包形表面形态•拟采取的技术路线和实施方案优化设计对应设计三种凸包形表面对应设计三种棱纹形表面穿山甲鳞片表面局部数学模型酚醛树脂＋轻质碳酸钙试样模具的设计易磨材料的选择压制试样蛤蜊的壳整体数学模型•耐磨表面的优化设计及其制作2.耐磨表面的设计制备（如下图）：•拟采取的技术路线和实施方案耐磨表面的试验方案设计因素水平ABCD试样形式分布磨料尺寸/mm滑动速度/m/s含水量/wt%123Ⅰ0.104-0.2141.682Ⅱ0.214-0.4202.355Ⅲ0.420-0.8403.028因素水平表：•拟采取的技术路线和实施方案耐磨表面的试验方案设计列号试验号1(Ⅰ)1(0.104-0.214)1(1.68)1(2)12(0.214-0.420)2(2.35)2(5)13(0.420-0.840)3(3.02)3(8)2(Ⅱ)123223123123(Ⅲ)132321333211234试样形式分布磨料尺寸/mm滑动速度/m/s含水量/wt%123456789试验方案及结果分析磨损率•试验设备JFY50型热压试验机用于本试验的试验样品的热压成型。JMM型转盘式磨料磨损试验机用于本试验的磨料磨损试验，并得到具有表面磨损特征的磨损试样。LSV50型三维激光扫描系统用于本试验磨损表面的三维激光扫描，并获得点云数据。•预期结果实现从生物耐磨几何结构表面向仿生耐磨几何结构表面的转化，并建立起耐磨几何结构表面的优化设计方法。揭示出两种不同形态（凸包形和棱纹形）的仿生耐磨几何结构表面对耐磨性的影响机理及其规律。为仿生耐磨几何结构表面的优化设计提供理论和技术依据。•工作计划时间工作内容2007.3~2007.5完成文献资料的检索、阅读和整理工作，撰写并完成开题报告及文件综述部分的内容；2007.6~2007.7完成生物信息的采集2007.8~2007.10生物信息的转化、磨损试验2007.11~2008.1数据处理、分析2008.1~2008.4撰写论文