仿生犁壁的生物原型是非光滑體表土壤動物的觸土行為。
介質水是形成介面土壤粘附的主要因素;而後者則認為介面的物理、化學吸附力是引發介面粘附的主要原因。本文在研究土壤—犁壁介面粘附機理的過程中,透過分析土壤拉脫離力試驗和五層介面模型,設計了與拉脫力試驗類似的介面拉伸試驗,並透過該試驗發現：在介面有法向位移時,粘附力主要由介面介質在拉伸過程中形成空穴和空穴負壓所產生。介面形成空穴和空穴負壓的條件是：介質與固體表面的粘附力大於介質分子自身的結合力。並按此觀點解釋了水接觸角大的材料具有減粘降阻效果的原因。剪斷毛細管的試驗將空穴和空穴負壓現象與土壤粘附聯絡起來。將產生毛細現象後的毛細管從中剪斷,發現毛細管中的毛細水呈懸著狀態,帶來管中毛細水的重力如何平衡的問題。分析發現,若剪斷毛細管後其管壁與剪下表面貼和緊密,則毛細水上彎月面可以產生吸附力。將這一現象與耕地是犁鏵剪下土壤的過程和土壤含有大量毛細管的事實相結合,毛細水如何產生介面土壤粘附的情況得到描述。文中分析了毛細負壓吸力對土壤運動的作用過程,並解釋了犁壁翻土部位粘附嚴重及犁壁表面大面積粘附現象的產生原因。土壤在犁壁表面運動所受的切向阻力來自於摩擦和粘附兩個分量。摩擦和粘附是產生機理不同的共生介面行為。本文建立了土壤—犁壁介面的力學模型,將土壤—犁壁介面的接觸狀態,按土壤顆粒的含水量分成四個階段進行討論,得出土壤運動的切向阻力由摩擦分量和粘附分量兩部分合成的結論,其中,粘附分量主要由毛細負壓吸力和物理、化學吸附力組成。透過討論摩擦分量和粘附分量在不同含水量下的變化趨勢,得出這兩個分量變化趨勢基本相反的結論。最後給出土壤運動的切向阻力表示式。該式與以前用綜合係數進行的描述不同,強調切向阻力是由摩擦分量和粘附分量合成的概念。文中同時對切向粘附力的產生和相對運動時切向粘附力的變化進行了討論。關於切向粘附力及空穴和空穴負壓的討論,對於平面的切向運動、滑振問題和平面的法向位移問題的研究有一定的幫助。非光滑理論是對土壤動物體表進行仿生研究的重要成果。用空穴和空穴負壓假說和毛細負壓吸力產生介面粘附的觀點,可以解釋非光滑表面的減粘降阻機理：由於非光滑表面使土壤—犁壁介面無法形成土壤與犁壁表面的緊密接觸,毛細負壓吸力不能直接作用於犁壁表面;同時,使土壤與犁壁的接觸面積減少,減小了土壤顆粒的物理、化學吸附力。雖然土壤動物非光滑體表具有減小土壤粘附的作用已經得到充分的研究,但在如何運用非光滑表面於具體機械裝置上還需要進一步的工作。針對土壤動物不同的身體部位具有不同的非光滑體表和土壤動物的觸土行為與犁壁的觸土行為存在差異的特點,本文將非光滑表面與其行為特點聯絡起來。從受力和運動特點相近的角度,本文認為,作為仿生犁壁設計模擬物件的土壤動物非光滑體表的部位應在行為特點上與土壤在犁壁表面的運動相近。土壤動物具有該特點的部位是進行挖掘動作的身體部位。透過分析步甲大顎的掘土過程和表面非光滑的分佈,以及土壤在各種不同分佈的非光滑表面運動時的受力狀況,本文提出正壓力大的部位不宜佈置大尺寸的非光滑突起、非光滑佈置應有良好的過渡面和非光滑突起的包絡面應光滑等基本觀點,最後,給出了仿生犁壁的非光滑分佈和模擬設計的區域性和整體原則。文中還討論了土壤運動速度對非光滑表面減粘降阻效果的影響,土壤顆粒尺寸與非光滑突起尺寸的關係,非光滑突起的形狀與土壤在犁壁表面的運動軌跡的關係,非光滑突起的包絡面與原光滑犁體曲面的位置關係,以及突起的尺寸與碎土效果的關係等。文中的討論主要針對球冠型和穿山甲鱗片型非光滑突起進行。仿生犁壁的模擬設計和成型工藝對於將非光滑理論應用於犁壁,並使之成為有社會效益和實用價值的產品意義重大。透過分析,本文對突起型仿生犁壁進行了工程意義上的定義,為仿生犁壁的非光滑表面設計建立了設計平臺;並提出了仿生犁壁多重非光滑佈置的概念。結合以前的研究成果,本文分別設計了針對有結構土壤的稀疏型大尺寸非光滑單元佈置、針對鬆散粘性土壤的密集型小尺寸非光滑單元佈置和結合兩者特點具有廣適應性特點的兩重非光滑佈置的仿生犁壁;提出了非光滑仿生犁壁的開式模熱鍛壓成型工藝,為非光滑仿生犁壁實現工業化生產建立了工藝基礎。該成型工藝和稀疏大尺寸單層非光滑突起型仿生犁壁已試製成功並得到推廣,目前已在榆樹華裕機械廠正式生產。非光滑仿生犁壁具有減粘降阻效果已經被證實。
仿生犁壁的生物原型是非光滑體表土壤動物的觸土行為。
介質水是形成介面土壤粘附的主要因素;而後者則認為介面的物理、化學吸附力是引發介面粘附的主要原因。本文在研究土壤—犁壁介面粘附機理的過程中,透過分析土壤拉脫離力試驗和五層介面模型,設計了與拉脫力試驗類似的介面拉伸試驗,並透過該試驗發現：在介面有法向位移時,粘附力主要由介面介質在拉伸過程中形成空穴和空穴負壓所產生。介面形成空穴和空穴負壓的條件是：介質與固體表面的粘附力大於介質分子自身的結合力。並按此觀點解釋了水接觸角大的材料具有減粘降阻效果的原因。剪斷毛細管的試驗將空穴和空穴負壓現象與土壤粘附聯絡起來。將產生毛細現象後的毛細管從中剪斷,發現毛細管中的毛細水呈懸著狀態,帶來管中毛細水的重力如何平衡的問題。分析發現,若剪斷毛細管後其管壁與剪下表面貼和緊密,則毛細水上彎月面可以產生吸附力。將這一現象與耕地是犁鏵剪下土壤的過程和土壤含有大量毛細管的事實相結合,毛細水如何產生介面土壤粘附的情況得到描述。文中分析了毛細負壓吸力對土壤運動的作用過程,並解釋了犁壁翻土部位粘附嚴重及犁壁表面大面積粘附現象的產生原因。土壤在犁壁表面運動所受的切向阻力來自於摩擦和粘附兩個分量。摩擦和粘附是產生機理不同的共生介面行為。本文建立了土壤—犁壁介面的力學模型,將土壤—犁壁介面的接觸狀態,按土壤顆粒的含水量分成四個階段進行討論,得出土壤運動的切向阻力由摩擦分量和粘附分量兩部分合成的結論,其中,粘附分量主要由毛細負壓吸力和物理、化學吸附力組成。透過討論摩擦分量和粘附分量在不同含水量下的變化趨勢,得出這兩個分量變化趨勢基本相反的結論。最後給出土壤運動的切向阻力表示式。該式與以前用綜合係數進行的描述不同,強調切向阻力是由摩擦分量和粘附分量合成的概念。文中同時對切向粘附力的產生和相對運動時切向粘附力的變化進行了討論。關於切向粘附力及空穴和空穴負壓的討論,對於平面的切向運動、滑振問題和平面的法向位移問題的研究有一定的幫助。非光滑理論是對土壤動物體表進行仿生研究的重要成果。用空穴和空穴負壓假說和毛細負壓吸力產生介面粘附的觀點,可以解釋非光滑表面的減粘降阻機理：由於非光滑表面使土壤—犁壁介面無法形成土壤與犁壁表面的緊密接觸,毛細負壓吸力不能直接作用於犁壁表面;同時,使土壤與犁壁的接觸面積減少,減小了土壤顆粒的物理、化學吸附力。雖然土壤動物非光滑體表具有減小土壤粘附的作用已經得到充分的研究,但在如何運用非光滑表面於具體機械裝置上還需要進一步的工作。針對土壤動物不同的身體部位具有不同的非光滑體表和土壤動物的觸土行為與犁壁的觸土行為存在差異的特點,本文將非光滑表面與其行為特點聯絡起來。從受力和運動特點相近的角度,本文認為,作為仿生犁壁設計模擬物件的土壤動物非光滑體表的部位應在行為特點上與土壤在犁壁表面的運動相近。土壤動物具有該特點的部位是進行挖掘動作的身體部位。透過分析步甲大顎的掘土過程和表面非光滑的分佈,以及土壤在各種不同分佈的非光滑表面運動時的受力狀況,本文提出正壓力大的部位不宜佈置大尺寸的非光滑突起、非光滑佈置應有良好的過渡面和非光滑突起的包絡面應光滑等基本觀點,最後,給出了仿生犁壁的非光滑分佈和模擬設計的區域性和整體原則。文中還討論了土壤運動速度對非光滑表面減粘降阻效果的影響,土壤顆粒尺寸與非光滑突起尺寸的關係,非光滑突起的形狀與土壤在犁壁表面的運動軌跡的關係,非光滑突起的包絡面與原光滑犁體曲面的位置關係,以及突起的尺寸與碎土效果的關係等。文中的討論主要針對球冠型和穿山甲鱗片型非光滑突起進行。仿生犁壁的模擬設計和成型工藝對於將非光滑理論應用於犁壁,並使之成為有社會效益和實用價值的產品意義重大。透過分析,本文對突起型仿生犁壁進行了工程意義上的定義,為仿生犁壁的非光滑表面設計建立了設計平臺;並提出了仿生犁壁多重非光滑佈置的概念。結合以前的研究成果,本文分別設計了針對有結構土壤的稀疏型大尺寸非光滑單元佈置、針對鬆散粘性土壤的密集型小尺寸非光滑單元佈置和結合兩者特點具有廣適應性特點的兩重非光滑佈置的仿生犁壁;提出了非光滑仿生犁壁的開式模熱鍛壓成型工藝,為非光滑仿生犁壁實現工業化生產建立了工藝基礎。該成型工藝和稀疏大尺寸單層非光滑突起型仿生犁壁已試製成功並得到推廣,目前已在榆樹華裕機械廠正式生產。非光滑仿生犁壁具有減粘降阻效果已經被證實。