驯鹿足底非规则特征形貌数学模型构建及验证

张 锐，乔 钰，吉巧丽，李建桥



驯鹿足底非规则特征形貌数学模型构建及验证

张 锐，乔 钰，吉巧丽，李建桥

（吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春 130022）

为攻克常规防滑轮胎在冰面上通过性低的难题，以驯鹿足为仿生原型，对驯鹿足底特征形貌进行分析。该文通过逆向工程技术，将驯鹿足单个足底划分为内、外侧边缘曲线、脊线凹槽面和足跟凸冠面4个典型部位。运用1stOp软件和MATLAB软件对特征部位拟合并构建数学模型，利用X射线能谱仪对驯鹿足底特征部位进行元素分析。内、外侧边缘曲线方程的决定系数R分别为0.994、0.992；脊线凹槽面和足跟凸冠面曲面方程的R分别为0.96、0.98。通过模型验证发现，模型拟合值与实际值的相对误差均值在5%以下，实现了驯鹿足底特征形貌从生物模型到数学模型的转化。能谱分析结果表明驯鹿足底除含有大量的碳、氧及氮元素外，硫、硅、铁、铝、钙5种元素含量较高，并且不同部位的元素存在差别。该研究可为工程仿生技术应用于冰路面行驶车辆胎面设计提供新的研究方向和参考依据。

仿生；模型；计算机仿真；逆向工程；驯鹿足底特征

0 引 言

结冰是影响交通运输安全的不利气象条件中最恶劣的条件之一，解决结冰路面汽车防滑问题一直是人们的迫切需求[1]。研究表明，轮胎花纹是影响冬季防滑轮胎防滑性能的重要因素[2-3]，花纹的设计、走向、深度可以直接影响轮胎的诸多性能[4-6]。因此，设计一种具有特殊轮胎花纹结构且在冰路面上拥有高效防滑性能的冬季轮胎具有广阔的应用前景。……