Role of locust <Emphasis Type="Italic">Locusta migratoria manilensis</Emphasis> claws and pads in attaching to substrates

The present study attempts to investigate the role of rigid claws and smooth adhesive pads in the locust Locusta migratoria manilensis,when attaching to various substrates.We measured the attachment forces on sandpaper and silicate glass plate of locusts with intact attachment system,and those with either the pretarsal claws or the tarsal pads having been entirely destroyed,to explore the role of pads and claws when a locust is walking on various substrates.To obtain information about morphological characteristics and material properties of the claws,we examined the intact and fractured claws by scanning electron microscopy,and tested the fractural force in a fracture experiment.We proposed a mechanical model for locust climbing on a slanting surface to analyze the conduction and final result of the attachment forces generated by the attachment organs on the fore-,mid-and hindlegs.Attachment forces generated by locusts with destroyed pads were similar to those generated by locusts with intact attachment system on both substrates,which presumably indicated that the claws have a significantly important role when attaching to various substrates.The result of the fracture experiment demonstrated that the claws are made of relatively stiff material,and their shear strength ranged between 39-45 MPa.Mechanical analysis of locust climbing on slanting surface showed that the force generated by the hindlegs suspended the whole body of locust up from the surface and pushed the body forward,while the midlegs steadily suspended the centre of gravity and the forelegs pulled the suspended body forward.The results obtained contribute to the further interpretation of the interaction mechanisms between insect attachment system and substrates,and supply information for designing and manufacturing slippery plates for trapping plague locusts.     

蝗虫在滑板表面滑移效应的测试

为给蝗虫灾害机械化捕集装置中落蝗滑板选取及倾斜角度的设定提供理论支持,利用自制的滑移试验箱与自组建的视频监控系统,采用比照试验法,测试了蝗虫在不同材料与不同倾斜角度滑板的滑移效应,分析了影响蝗虫在滑板表面滑移行为的因素.试验结果表明:以镀锌铁板,PVC板和普通玻璃板为滑板时,滑移效应均随倾斜角的增加而增强;倾斜角确定时,镀锌铁板具有最强的滑移效应,PVC板其次,普通玻璃板最弱;镀锌铁板更适合作蝗虫机械捕集机构的落蝗滑板,相应的最小倾斜角宜为40°;蝗虫的滑移效应不但受到虫体重力和滑板倾斜角的影响,还因蝗虫脚掌与附着物表面存在的机械锁合和柔性平面接触两种作用而受到滑板表面粗糙度和硬度的影响.     

离心式昆虫微力测试系统设计

基于猪笼草叶笼滑移区表面特殊结构与良好滑移功能仿生研制致灾农业昆虫捕集滑板过程中,需要测试昆虫在仿生原型及制备滑板表面的附着力、摩擦力等毫牛尺度微力。为满足毫牛尺度微力的测试需求,依据离心力原理设计研制了一种离心式昆虫微力测试系统。该系统主要包括测试平台及附属机构、调速电机及转速控制器、视频监控系统和能够实现各部件固定安装的机座等4部分。调试运行结果表明设计研制的离心式昆虫微力测试系统能够准确采集蚂蚁、甲虫、飞蛾等体型较小昆虫附着系统产生的毫牛尺度微力,精度可达0.1mN,能够满足致灾农业昆虫捕集滑板仿生研制过程中对昆虫微力准确测试的需求。     

Nepenthes pitchers: surface structure,physical property,anti-attachment function and potential application in mechanical controlling plague locust

Pitchers plants of Nepenthes specie growing in infertile habitats have developed highly specialized apparatus for trapping and digesting arthropods to obtain suf- ficient growing nutrients. Nepenthes pitchers are generally recognized by several distinguishably morphological zones, and different districts exhibit distinct functions in prey capturing, combined effect of the several zones results in great trapping efficiency. This prey ability of Nepenthes pitchers potentially inspires an idea for biomimetic development of slippery trapping plate used in controlling agricultural pests, especially plague locust. In this paper, we reviewed the recent researches of Nepenthes pitchers, including surface structures, physical properties, and antiattachment functions. Apart from this, combined with our latest studies on mechanical controlling plague locust, the potential application of Nepenthes pitchers as establishing biomimetic models utilized in creating trapping plate was addressed, and several corresponding aspects requiring to be paid attention to in near future were also highlighted.     

Composite structure and properties of the pitcher surface of the carnivorous plant Nepenthes and its influence on the insect attachment system

Pitchers of the carnivorous plant Nepenthes have evolved specialized organs serving the purpose of attracting,capturing,retaining and digesting small animals,mostly insects.They consist of several well distinguishable zones,including a leaf-like lid,a collar-like peristome,a slippery zone and a digestive zone,differing in morphology,microstructure,chemical composition and physical properties.Discriminating zones display different functions,and the combined effects of several zones result in great trapping efficiency.The principal aim of this review is to introduce the structure and physiochemical properties of the pitcher surface,as well as the interaction between the pitcher surface and the insect attachment systems.Combining with our present study,the potential application of the pitcher surface being utilized in bionics to manufacture insect slippery trapping plates is discussed,and the original research direction of the pitcher surface and its application on agricultural pest control is highlighted.     

弹性地基上非线性弹性材料矩形薄板的弯曲

平板的非线性问题,除几何上的非线性效应外,还有物理上的非线性.探讨了弹性地基上矩形薄板的物理非线性问题.以整幂次多项式应力-应变本构关系为基础,根据Kirchheff-levy薄板理论和Iliushin小弹塑性形变理论,建立了非线性弹性材料矩形薄板的总势能表示式,得出用Ritz法求解所需的含待定参数的线性方程组,并以弹性地基承受均布荷载的四边简支矩形板为例,计算出总势能,进而得出所承受的荷载与板中间挠度的关系式.研究结果表明,物理非线性对挠度的影响可用1个3次方程表达,这对某些设计工程是不容忽视的.     

基于多尺度模板匹配和部件模型的车牌字符分割方法

为提高车牌字符分割的准确率,提出了一种基于多尺度模板匹配和部件模型的车牌字符分割方法. 对单层车牌,根据车牌结构特征建立多尺度模板作用于车牌候选区域,通过投影得分估计出最佳模板对应的尺度和位置信息;对双层车牌,使用部件模型对双层车牌进行建模,双层车牌的上层字符区域和下层字符区域分别对应部件模型的一个部件,通过多尺度的模板匹配得到上下层部件的候选集合,利用部件模型中部件之间的几何约束得到最终的车牌字符分割结果. 实验结果表明,所提出的方法可以有效进行单/双层车牌的字符分割.      

基于粗糙路面接触理论的轮胎动摩擦特性研究

提出了一种基于路面特性的轮胎动摩擦特性模型,研究了接触压力、滑动速度、路面特性对轮胎作用力的影响. 基于GW改进接触模型,引入粗糙路面实际接触理论,结合滑动摩擦因数模型、一般轮胎理论模型建立了轮胎动摩擦特性模型. 定量评价了接触压力、滑动速度和路面特性对实际接触面积、轮胎动摩擦力的影响,同时指出了轮胎印迹产生的可能性状态区域. 仿真结果表明,基于路面特性的轮胎动摩擦模型能够准确地反映接触压力、滑动速度、路面特性在轮胎滑移状态下对轮胎作用力的影响.     

含磨屑粗糙表面接触滑动摩擦副温度场的计算

接触温度是评价摩擦副工作性能好坏的一个重要因素,对粗糙表面、特别是含磨屑粗糙表面接触温度场求解尚缺乏深入研究。介绍了粗糙表面及含磨屑粗糙表面线接触滑动摩擦副接触温度场的求解过程及方法,分析了光滑表面、粗糙表面及含磨屑粗糙表面接触温度场分布,探讨了表面接触温度对滑动摩擦副胶合及咬死的影响。结果表明：粗糙表面温度场较光滑接触表面温度场有明显的提高,在粗糙度影响系数的０．１、０．５时,接触区温度分别增加     

离合器压盘温度场与应力场分析及改进研究

针对离合器接合过程中,压盘滑摩温度过高发生的烧蚀、热变形现象,利用abaqus仿真软件建立了三维有限元分析模型,结合压盘的实际工作状况采用直接耦合法进行热结构耦合仿真。得到了压盘的温度场与应力场,并研究了滑摩转速、压力和压盘厚度对压盘温度场及应力场的影响,同时针对翘曲变形,通过在滑摩面增加内锥度对压盘结构进行了优化。结果表明：高转速差会增大压盘滑摩温度与应力,压盘摩擦接触区域向内径移动,翘曲变形更加严重;压力的增大同样会增大滑摩温度与应力,但对摩擦接触的影响较小;压盘厚度增大能增加压盘的热容量,同时也会使温度与应力更加集中;增加压盘内锥度能显著改善压盘滑摩面的温度与应力分布,最高值分别下降了11.8%、5.4%,摩擦副有效接触面积增加,提高了离合器的工作性能与稳定性。     

沿板平面材料组分变异功能梯度板件分析

发展了一种细观分析和宏观计算相结合的计算方法——细观元法．细观元法是使功能梯度构件宏观响应和材料组分的几何、物理、构造参数直接发生关联的分析方法，实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过度分析．细观元方法相比一般有限元法不增加结点自由度，却使得功能梯度板件内任意方向细观结构变化得到反映．目前功能梯度板件分析只能处理材料特性沿厚度方向梯度变化，而运用此方法则直接从制备时给定的材料组分分布出发计算构件宏观响应，并给出了沿板平面方向材料特性梯度变化功能梯度板件的力学量三维分布形态．     

基于差分投影与优割字符的车牌字符分割

针对车牌字符分割提出一种基于差分投影与优割字符的车牌字符分割算法.该方法利用水平差分投影图进行倾斜校正和水平切割,使得倾斜校正和水平切割同时进行,在降低算法的复杂度的同时提高了水平定位精确度.然后,结合垂直投影和连通域算法寻找车牌的优割字符,生成滑动的分割模板进行字符的垂直分割,有效地解决了字符粘连、断裂情况下字符识别问题.实验证明该方法分割速度快,分割质量好,对于模糊车牌识别具有自学习品质和很强的抗干扰性能.     

具有压电材料薄板稳定性的有限元法

考虑一均匀各向同性薄板结构,在板面内受面力作用,且在板的上下表面离散分布着压电执行元件。设每块压电片具有相同的材料,且作用相同电压。不考虑压电元件对整体结构刚度的影响;只考虑执行元件对板的逆压电效应,而不考虑板弯曲对执行元件中电场强度的影响。要根据压电材料的逆压电效应,利用三角形三节点单元,用变分原理导出压电结构反平面应力问题位移法的有限元表达式以及在大找度小变形情况下的稳定性有限元特征方程。可利     

斜盘式轴向柱塞泵滑靴组的动力学分析研究

柱塞滑靴组件随缸体旋转时,滑靴会受到离心力的作用.由于滑靴的质量中心和转动中心不重合,离心力会引起滑靴的翻转,因而对滑靴组进行动力学分析,可有助于认识滑靴的受力特性,对克服缸体所受的倾覆力矩和防止缸体倾斜提供了理论依据.     

农业机械领域的工程仿生研究概况与应用前景

工程仿生研究在农业机械领域有着较为广泛的应用,基于昆虫脱附减阻规律与食虫植物捕食现象的研究逐步形成应用于农业生产领域的工程仿生技术。本文从仿生农业机械脱附减阻及致灾农业昆虫滑移捕集滑板仿生制备的研究现状入手,主要分析了典型动植物非光滑表面形态结构对生理功能特性的表现规律与机理,阐述了工程仿生学在农业耕种机械及虫害机械化捕集防治领域的应用研究概况,并分析了工程仿生领域潜在的研究方向与发展前景。     

对边简支梁式夹层板的非线性振动

夹层板壳结构由于其优异的力学特性在工程中被广泛使用,但有关其非线性振动特性的研究还不够完善,其精确解答一般很难得到。本文对具有软夹心和极薄表层夹层矩形板的非线性自由振动方程进行简化,并将振型设成时间和空间函数的分离形式,时间函数取谐函数,空间函数未知。将假定的振型函数带入微分方程,得到对边简支梁式夹层板无量纲化的空间模态控制方程。采用修正迭代法和伽辽金法对其进行求解,得到了梁式夹层板振型的一个解析解,以及梁式夹层板非线性振动的振幅和振频的解析关系式,并进一步分析了夹层板剪切参数对非线性振动特性的影响。     

具有任意梯度分布函数的梯度板的三维热弹性

研究任意梯度分布函数的功能梯度板的三维热弹性问题.从正交各项异性功能梯度材料板热弹性力学的基本方程出发,假设材料参数沿板厚方向的梯度分布函数是任意的,基于状态空间法,获得了板在上下表面作用热/机荷载时的Peano-Baker级数解.通过数值算例,研究了级数解的收敛性以及不同的材料梯度分布对板位移、应力和温度场的影响.     

单面约束螺接中厚板弯曲弹塑性分析

根据薄壁结构中螺栓连接板件的支撑特点,基于Mindlin板横向剪切理论,考虑单面约束的接触作用,提出了螺接中厚板连接件承载能力的分析方法·对于两边支撑的线性硬化材料螺接板的弯曲进行了弹塑性有限元分析,以螺接区外缘应力进入塑性作为判据,给出了计算承载能力的方法,并通过试验(钛合金试件)得到了破坏载荷的实验值,验证了文中建议的分析方法的有效性·     

镍基WC陶瓷等离子喷涂涂层的干滑动摩擦磨损性能

研究了镍基WC陶瓷等离子喷涂涂层随载荷和速度变化的干滑动摩擦磨损性能 ,探讨了涂层的孔隙率、显微硬度及磨损面和磨损后涂层形貌与涂层的磨损机制之间的关系。研究表明 :镍基WC涂层与对磨材料相比具有优良的摩擦磨损性能 ,且随着摩擦速度的增加 ,磨损率增加的幅度很小 ,摩擦因数减小的幅度较大 ,随着摩擦载荷的增加 ,摩擦因数减小和磨损率增加的幅度较小。     

增强金属基双极板导电和耐腐蚀性能的石墨烯基涂层的研究进展

应用于金属基双极板的石墨烯基涂层引起人们广泛的兴趣。综述了目前金属基双极板面临的问题,总结了已经报道的关于制备石墨烯基涂层的方法（化学气相沉积法、电沉积法、喷涂法、自组装方法）以及这些方法的优缺点。石墨烯优良的阻隔性能可以充当金属基双极板的钝化膜,对石墨烯进行改性或者对金属基双极板进行表面处理可以有效地改善石墨烯涂层与金属基双极板的相容性。导电聚合物可以有效地改善石墨烯涂层与金属基之相容性,并且能够填补石墨烯片层间的缝隙,提高涂层的致密度。导电聚合物能够以石墨烯为模板进行生长,降低涂层的表面粗糙度。最后提出对石墨烯改性以增强其与金属基双极板的相容性,以及发挥其与导电聚合物协同效应是未来的研究方向之一。