46、机械工程前沿研究：从颗粒层摩擦到机器人与弹道分析

机械工程前沿研究：从颗粒层摩擦到机器人与弹道分析

颗粒层摩擦特性研究

摩擦规律与特性

在颗粒层的研究中，发现了一些重要的摩擦特性规律。实验表明，黏附应力 (a_s) 与剪切速度 (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^{0.124}) 的关系。可以看出，随着 (v_0) 的增加，(a_s) 也随之增加。而且，实验结果显示 (a_s) 的指数在数值上低于对应的 (\mu_s)。这意味着，湿颗粒层的摩擦特性主要还是由库仑应力（硬固体摩擦）引起，而非黏附过程。

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累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。未来的研究方向包括研究与保持时间相关的黏附和摩擦特性，以及验证颗粒材料在低法向应力下的速率和状态摩擦定律。

实验结论

目前的实验得出，黏附和摩擦系数的大小随剪切速度的增加而增大，静应力随法向应力呈增加趋势。黏附应力与滑动速度的指数在数值上大于对应的摩擦系数。这种现象可能归因于颗粒层的表面能较低。

全向球形壁面穿越机器人

机器人背景与优势

近年来，壁面攀爬机器人的设计不断发展。全向球形壁面穿越机器人具有独特的优势，它基于螺旋桨产生的推力工作，其性能不受表面参数的影响，这大大拓展了壁面攀爬机器人的应用范围。该机器人的设计具有鲁棒性和简化的移动性，由于其外球形壳的超对称性和全向导航能力，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