[发明专利]基于土壤粒径分布的多尺度仿生减阻表面结构设计方法

权利要求书

1.一种基于土壤粒径分布的多尺度仿生减阻表面结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

一.根据机械触土部件的工作环境，确定土壤类型；

二.在机械触土部件的工作环境中取土采样，取样时保证覆盖工作环境中绝大部分的土壤类型；

三.将所采土样放置在一系列的筛子中进行筛分，筛孔尺寸从大到小，最大筛孔尺寸为4.75mm，目数为4目，最小筛孔尺寸为0.150mm，目数为100目，依次将筛分出来的土壤放置在电子天平中称重；

四.将从最小筛孔尺寸中筛出来的土壤称重后取样，样品称重后放入激光粒度分析仪中测量样品粒径分布的百分比；

五.结合步骤三和步骤四，将大尺寸的土壤粒径和小尺寸的土壤粒径结合起来，做出所测的土壤的整体累计粒径分布图；

六.根据步骤五的粒径分布图，确定当累计粒径分布达到50％时，对应的粒径分布尺寸的大小，记为中值粒径；

七.重复步骤三至步骤六，依次测定不同类型土样的粒径分布图，获得中值粒径D_z，取所有类型土样中值粒径D_z的平均值，记为D_zp；

八.根据土样中值粒径的平均值D_zp确定仿生非光滑表面结构高度h，即h＝k_D×D_zp，式中，k_D为土壤粒径修正系数，这一修正系数根据触土部件整体尺寸，工况条件，非光滑表面结构形态而定，k_D最小值为10，h的最大值不超过触土部件整体尺寸L的十分之一；

九.依据仿生非光滑表面结构高度h，确定两个结构间的间距S，非光滑表面结构高度h与两结构间的间距S的关系为h＝k_c.S²；其中k_C为部件尺寸修正系数，与机械触土部件的尺寸有关，且与触土部件运动速度的平方v²成反比，相同尺寸相同速度的触土部件尺寸修正系数k_C相同，特别地，当速度v＝1m/s时，k_C的取值范围为0.1～5，且机械触土部件的尺寸越大，部件尺寸修正系数越小；

十.当减阻要求较高时，可设置两级非光滑表面结构，第一级表面结构仍然按照步骤八和步骤九进行，第二级表面结构参照步骤八和步骤九，稍加修正，其中，步骤八中所述的整体尺寸L此时变为两个第一级非光滑表面结构间的间距，记为L′，仿生非光滑表面结构高度h变为h′，h′＜h，触土部件尺寸修正系数k_C变为k′_C，k_D最小值为10，步骤九中，非光滑表面结构高度h′与两结构间的间距S′间的关系变为h′＝k′_C·S′²，当h′与h大小在同一数量级时，k′_C与k_C可取同一数值，当第二级非光滑表面结构较小时，k′_C取值应大于k_C；

十一.在特殊的机械触土部件表面，需要有更好的减阻效果时，可重复步骤八至步骤十，加工出第三级结构，直至更多级结构，具体参数选择参照步骤十，需要保证的是步骤八所述的土壤粒径修正系数k_D最小值为10。