六边形结构广泛存在于自然界中,具有独特的几何特性,即正六边形是能够通过简单平铺覆盖整个平面的边数最大的正多边形。这些六边形结构体现在许多生物的生命活动过程中,展示了多种功能特性,例如:蜂巢的六边形结构具有结构坚固且节省材料的优势;蛇体表六边形结构的鳞片具有耐磨减阻的性能;树蛙脚蹼凸起的六边形结构具有优良的吸附性能和排水性能。自然界中这些具有特定功能的六边形结构对机械结构设计,尤其是表面织构设计,有着很大的启发。本文首先基于分形理论设计了仿生六边形流道。利用三叉形分形结构构建了仿生六边形流道,验证其符合分形理论,计算了分形维数,对研究六边形排布所构成的织构的结构和力学性能有着很好的指导作用。在此基础上,设计了结构参数不同的仿生六边形流道,分别研究了仿生六边形流道及流场的润滑摩擦性能、密封性能和流体传输性能。本文通过激光加工制备了一系列边长和槽宽不同的仿生六边形单元体样件,在润滑条件下,对比研究了仿生六边形单元体尺寸对润滑摩擦性能的影响。结果表明六边形边长为3 mm,沟槽宽度为3 mm的样件具有较低的摩擦系数,且磨损量测定发现的磨损规律同摩擦系数规律相一致,证明这一单元体尺寸的样件在实验工况下确实具备最佳的润滑摩擦性能。针对单元体面密度的摩擦性能分析显示,虽然六边形边长为1 mm,沟槽宽度为1 mm(样件3)和六边形边长为3 mm,沟槽宽度为3 mm(样件4)的两个样件面密度相近,但二者呈现出很大的润滑摩擦性能差异。对两种样件表面应力的Ansys Workbench模拟分析发现样件4的仿生六边形单元体具有降低和分散表面应力的作用。这一现象表明,在润滑摩擦条件下,边长和沟槽宽度优化设计后的六边形织构可维持样件表面油膜并可通过沟槽向表面补充润滑油,从而达到减少摩擦磨损的效果。本文针对仿生六边形流道的各向异性特征,研究了两种六边形排布方式对密封性能的影响。首先通过激光加工在柱塞表面加工了仿生六边形流道,探究了加工参数和表面流道深度的关系。随后对加工后的柱塞进行了漏失量测定,对比了两种六边形排布方式的密封性能。实验结果显示,相比于光滑表面,六边形流道可以有效地减少柱塞的漏失量,并且以“人”字型排布的六边形流道较以“之”字型排布的六边形流道漏失量更小,这也有力证明了六边形在流体分析中的各向异性。本文探究了仿生六边形流道的流体传输性能,通过水中气泡上升的案例,模拟了表面张力占主导地位的泡状流运动状态,发现提高气泡运动速率和减少气泡变形有利于更快的流体传输。进一步设计了仿生分形流道,并用Mixture模型模拟了分形单元的流速及动压,发现相比于平行流道,具有三叉分形结构的仿生六边形流道及流场可以更有效地分散流体流速及压强,减少搅拌流等阻碍流体流入和排出的运动状态出现。这对仿生六边形流道在多种流体工况下的设计及应用有重要指导作用。