[00718907]高效耐久卡车制动毂仿生耦合关键技术研究与应用

以生物耦合增阻、耐磨和止裂的功能原理为出发点，通过多因素耦合仿生设计与制造，从而实现卡车制动毂高效率、高寿命服役的技术目标。经对不同生境、1000多个生物样本的长期不懈研究，初步揭示了生物增摩阻、耐磨损、抗疲劳等多种功能的多元耦合机制，提出了仿生耦合设计与制造的基本原理。结合卡车制动毂热裂严重、摩阻降低、磨损加剧的重大技术需求，在制动毂表面构建形态、结构和材料耦元协同作用的仿生功能单元，进行最佳环境适应性和可再现性的多元耦合仿生设计，开发多种二元和三元仿生耦合制备技术，系统评价了制动毂仿生表面的摩擦、磨损和抗疲劳性能，实现了生物耦合增阻、耐磨和止裂原理在制动毂上的实际应用，取得了良好效果。研制的仿生制动毂，设计合理，制造方便，运行可靠，不仅可用低级材料替代高级材料，还可在现有制动毂材料基础上大幅提高服役寿命。因摩擦学性能改善，常温时增阻20%，高温时(750℃)增阻30%；耐磨性提高50%以上；抗热疲劳性能提高30%以上；综合寿命提高1倍左右；而生产成本则下降6.75%。仿生制动毂已在4种重型或轻型卡车上获得实际应用，新增产值7.34亿元，实现利税1.73亿元，节约资金7200万元。申报国家发明专利4件，已授权3件；出版《耦合仿生学》专著1部，发表学术论文22篇，其中被SCI收录18篇，SCI论文平均影响因子1.394。经济和社会效益显著，具有广阔应用前景。创新点：1、理念创新：突破改善制动毂寿命和性能仅从材料角度考虑的传统认识，提出用构成材料、几何形态和物理结构等多因素耦合作用解决工程技术难题的新理念。2、原理创新：建立了同时改善制动毂耐磨、增阻和抗疲劳性能的多元耦合仿生学新原理。3、技术创新：发明/研发了构建二元、三元仿生耦合功能表面的多种仿生设计与制造技术，以及功能评价技术和全程优化技术，构建了卡车制动毂延寿增效的仿生技术系统。4、方法创新：探索了从生物原理到工程实践，从成果转化到功能评价，从效率提升到效益提高的三维立体式工程仿生研究方法。