水田作业机械,因其工作部件常与泥水接触,所受阻力巨大,易使工作部件产生严重磨损,同时也造成能源浪费且降低工作效率,因此水田机械工作部件的减阻研究具有重要意义。泥鳅长期生活在泥水混合物中,其生活环境与水田机械的工作环境十分类似。为了适应物竞天择的法则,泥鳅皮肤表面形成了在泥水条件下的减阻功能。其减阻功能不仅源于粘液的润滑,表面的微观形貌及柔性皮肤,对减阻功能亦发挥重要作用。本文以泥鳅皮肤为仿生原型,使用流固耦合仿真分析方法,分析了其减阻特性并优化了其表面结构,设计加工了柔性仿生结构样件并进行了减阻试验,全文主要研究内容及结论如下:(1)泥鳅表面微观形貌及柔性特征分析。使用3D超景深显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对泥鳅鳞片进行观察,结果表明:泥鳅鳞片总体呈椭圆形结构,整体可分为基区、侧区,顶区和鳞焦区四部分。其中泥鳅鳞片顶区沟槽结构分布最为均匀。对泥鳅皮肤样本进行拉伸试验分析,获得泥鳅皮肤的弹性模量区间为2.47-9.13MPa,平均弹性模量为7.03MPa,在此基础上选择聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为试制仿生样件材料。(2)减阻性能分析。以泥鳅鳞片顶区部分沟槽结构为原型,使用Soildworks软件建立3D模型,通过ANSYS Workbench软件对该沟槽进行双向流固耦合分析。结果显示:当流体流经该表面时,柔性沟槽的形变会实时改变流场分布,并在近壁面形成低速旋涡困水区域,从而起到了减小高速流场与固体区域的接触面积,起到了一定的减阻效果。仿真结果表明在水介质流速1-10m/s的条件下,柔性仿泥鳅沟槽结构在1m/s时的减阻效果最好,减阻率为2.57%。(3)通过单因素试验和正交试验优化出该沟槽微结构模型的最优参数组合,即在1m/s时的水介质流场下,当沟槽嵴高为5μm、沟槽嵴宽为2μm、相邻嵴高间距离为4μm、仿生材料弹性模量为2.678MPa时,减阻率最高可达2.25%。(4)仿生减阻样件的试制与减阻试验。通过光刻加工工艺制造出了具有仿泥鳅体表微形貌的硅片,使用真空硅胶压印法在PDMS材料表面加工出了仿泥鳅皮肤柔性沟槽结构。设计并搭建了水洞试验台对仿生样件进行减阻性能试验。试验结果表明:仿生柔性结构样件在水介质中具有一定的减阻效果,随着来流速度的增加,阻力也随之增大,但相同速度下仿生结构样件的阻力小于光滑平面,在1m/s流速时柔性仿生样件的减阻率为3.07%。本研究以泥壤环境下善于钻泥的生物泥鳅为仿生原型,分析了具有微观形貌的柔性表面的减阻特性,设计加工了仿生减阻样件并进行了阻力测试试验。该研究为水田机械减阻研究,乃至其他水上、水下航行器的减阻研究奠定了前期基础。