微納仿生結構粘附力學機理研究.pdf

1、仿壁虎腳趾制成的微納仿生粘附結構具有高粘附強度、可重復利用、自清潔等特點，在微納米器件、仿生醫(yī)療器件、仿生機器人等領域有著廣泛應用前景。深入認識其中的粘附力學機理對指導設計與應用具有重要意義。本文從分子間作用力出發(fā)，建立自洽粘附模型，對小尺寸顆粒和兩種具有優(yōu)異粘附性能的結構—薄膜修飾纖維陣列結構與蘑菇狀吸盤結構—進行了理論和數值研究。
　　 首先，基于有限彈性變形理論給出任意形狀剛性顆粒與半無限不可壓彈性體粘附接觸的自洽模型，并

2、應用于球形、柱形和二維剛性塊體顆粒的粘附接觸問題，探究經典Derjaguin近似理論的適用條件。計算發(fā)現Derjaguin近似對于尺寸小到分子作用力程尺度且傾角較小的顆粒仍然有效。結果還表明：真實形狀對小尺寸球形顆粒粘附力影響較大，采用經典拋物線近似會引起較大誤差；運用分子間作用力計算得到的柱體飽和粘附強度臨界尺寸比宏觀Kendall理論小一個數量級；大尺寸塊體顆粒粘附拔出力對傾角很敏感。
　　 將Derjaguin近似用于薄膜

3、修飾纖維陣列結構，研究末端薄膜對結構粘附性能的影響。在忽略纖維襯墊層和纖維變形的情況下，發(fā)現結構粘附過程僅受一無量綱參數λ控制，λ與薄膜彎曲剛度、尺寸和界面粘附強度相關。當λ＞0.4，接觸—分離過程可逆；當λ＜0.4接觸—分離過程出現一次或多次滯回，且比分離功得到極大增強。
　　 最后，研究了蘑菇狀吸盤結構末端環(huán)形板對結構粘附性能的影響?；赥vergaard-Hutchinson內聚區(qū)模型和非線性F(o)ppl-von Kár