46、机械工程领域多方向研究进展

机械工程领域多方向研究进展

1 颗粒层剪切率相关摩擦行为

1.1 实验现象与规律

在对颗粒层的研究中，发现了一些关于粘附应力和静摩擦系数与剪切速度的规律。粘附应力 (a_s) 与初始速度 (v_0) 存在 (a_s \sim v_0^{0.012}) 的关系，静摩擦系数 (\mu_s) 与 (v_0) 存在 (\mu_s \sim v_0^{0.1244}) 的关系。随着 (v_0) 的增加，(a_s) 也会增加，并且实验结果显示 (a_s) 的指数在数值上小于对应的 (\mu_s)。这意味着湿颗粒层的摩擦特性主要还是源于库仑应力（硬固体摩擦），而非粘附过程。

1.2 理论解释与未来研究方向

颗粒固体的速率相关行为可以用阿伦尼乌斯速率反应理论来解释，该理论预测剪切强度的变化与剪切速度的对数有关。未来的研究将包括与保持时间相关的粘附和摩擦特性，以及验证颗粒材料在低正应力下的速率和状态摩擦定律。

实验得出，粘附和摩擦系数的大小随剪切速度增加，静应力随正应力呈增加趋势，粘附应力与滑动速度的指数在数值上大于对应的摩擦系数，这可能归因于颗粒层的表面能较低。

2 全向球形壁面移动机器人

2.1 研究背景与应用

近年来，壁面攀爬机器人的设计不断发展。全向球形壁面移动机器人具有独特的优势，它基于螺旋桨推力工作，其性能不受表面参数影响，能够在各种壁面自由移动。由于其外球壳的超对称性和全向导航能力，该机器人在管道维护、摩天大楼检查以及放射性危险环境中的烟囱清洁和涂装等方面有重要应用。

2.2 历史设计回顾

过去开发的壁面攀爬机器人有多种设计，