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仿山羊蹄履带花纹附着性能研究

丘陵山区的农用履带车辆常因其履带板对地面附着性能不足易出现打滑，严重制约这类车辆的附着性能和通过性能。山羊常在凹凸不平的地面上行走，其蹄端已进化出能适应复杂场景的几何形状，且具有较强附着能力，可为研究履带板花纹提供仿生蓝本。本文以山羊蹄为仿生原型，基于坡地试验获取不同坡度下山羊的蹄底压力分布变化规律及其空间三维力数值，提出了附着系数定量描述山羊蹄的附着性能，在0度到20度坡度范围中，前蹄和后蹄附着系数变化范围分别为0.20~0.32和0.18~0.40；构建山羊蹄-壤离散元模拟系统，对山羊蹄-壤相互作用过程动态仿真，分析山羊蹄-壤相互作用规律，研究得出山羊蹄球轮廓脊线为附着特征部位，对数据进行多项式拟合得到数学模型；采用医学切片和扫描电镜研究山羊蹄结构特性、微表特征和元素分布对其附着性能的影响；基于上述宏观特征曲线和微观形貌，设计出具有附着性能的仿山羊蹄履带板花纹。基于离散元软件对仿生履带板仿真分析，验证仿生履带板花纹设计的合理性；制备履带板试样，搭建履带测试系统，分析可得仿生履带板附着性能较常规履带板最大提升了9.1%。本研究的具有优越“附着”特性的仿生履带花纹结构，为农用履带车辆仿生履带板设计提供研究基础和理论依据。