[發明專利]一種軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線的建模方法

無效

• 申請號: 201210025713.4
• 申請日: 2012-02-07
• 公開（公告）號: CN102589468A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 韓鑫;王娟;王小翠;林玉飛;劉家瑞
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供一種軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線的建模方法，屬于仿生減阻技術領域。

背景技術

鯊魚等水下低阻軟骨魚為人類處理日益嚴峻的能源問題提供了有效的解決方案。鯊魚皮的減阻率在15%以上，其表皮鱗片是一種特殊的鱗片類型，稱為盾鱗（placoid?scale）。盾鱗呈菱形連續鋪排，單個盾鱗由基板和鱗棘兩部分組成，基板是一塊埋于皮膚內的骨質板，基板上面是呈釉質（顯微硬度在300～350HV）且向后傾斜伸出于皮膚之外的鱗棘，鱗棘間有平滑的圓谷狀溝槽，依鯊魚種類不同其溝槽寬度在30μm～120μm。研究表明，低阻高速軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓的形狀對于其自身的這種高效減阻效能起到決定性作用。因此，模仿水下低阻軟骨魚表皮盾鱗溝槽微觀形貌、制造高逼真仿生減阻表面對于降低航行器的流體阻力、提高速度和機動性、增大航程具有重要的現實意義。

當前，考慮到加工方法和加工成本，圍繞鯊魚皮等水下低阻軟骨魚表皮的仿生制造主要是將生物原型溝槽結構抽象、簡化、放大為V形、梯形、L形等多種形式的溝槽，進而在此基礎上進行仿形加工。但采用上述方式制造出的仿生減阻表皮在功能上顯然不能與生物原型相比擬。伴隨高精度、高分辨率數控加工技術的發展，采用機械加工手段制造出高逼真仿生減阻表面已成為可能。為了給上述高性能數控加工設備提供數字化構形數據來源，需要建立軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線的數學模型。而目前尚未見到針對軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓進行曲線建模方法研究的報道，這直接阻礙了高逼真仿生減阻表面的數字化制造技術發展及應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線的建模方法，該建模方法先通過生物表皮取樣及預處理，將原軟骨魚表皮制成軟骨魚表皮干燥樣本；進而借助生物樣本表面輪廓掃描與成像，獲取軟骨魚表皮樣本表面輪廓圖像；然后通過三維盾鱗溝槽生物原型模型提取，獲取軟骨魚表皮樣本上盾鱗溝槽的三維立體圖像；第三步借助二維盾鱗溝槽截面輪廓曲線提取，獲取軟骨魚表皮樣本上盾鱗溝槽生物原型的截面輪廓曲線；最后通過盾鱗溝槽截面輪廓曲線模型建立，最終得到軟骨魚表皮樣本上盾鱗溝槽截面輪廓曲線的數學模型。

本發明建立軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線數學模型的方法，其優點在于：（1）對原軟骨魚表皮采用框架加固并進行清洗、固化、脫水、干燥等預處理，未破壞生物原型形貌，其原型結構完好率在97%以上；（2）借助高精度表面輪廓儀對軟骨魚表皮樣本進行表面輪廓掃描和成像，其最大分辨率達1?μm、最高定位精度達0.5?μm；（3）所建立的數學模型與生物原型的擬合程度較高，相關系數的平方值R²在0.95以上；（4）采用本發明方法建立的軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線數學模型，可以作為數控加工設備制造高逼真仿生減阻表面的數據來源。

附圖說明

圖1是本發明建立軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線數學模型的方法流程框圖。

圖2是本發明進行表面輪廓掃描時軟骨魚表皮樣本在工作臺上的放置示意圖。

圖3是本發明實施例獲取的短尾真鯊表皮樣本表面輪廓掃描照片。

圖4是本發明實施例截取的短尾真鯊盾鱗溝槽的三維立體圖像。

圖5是本發明實施例獲取的短尾真鯊盾鱗溝槽的二維截面輪廓曲線。

圖6A是本發明實施例建立的短尾真鯊盾鱗溝槽截面輪廓曲線AB段模型。

圖6B是本發明實施例建立的短尾真鯊盾鱗溝槽截面輪廓曲線AC段模型。

圖中：1、軟骨魚表皮樣本????2、輪廓儀工作臺??3、輪廓儀掃描觸針????

4、溝槽原型截取區域???5、AB段溝槽原型截面輪廓曲線??6、AC段溝槽原型截面輪廓曲線。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

參見圖1所示，本發明是一種軟骨魚盾鱗溝槽截面輪廓曲線的建模方法，包括有下列步驟。

第一步：生物表皮取樣及預處理。

（A）將購入的原軟骨魚表皮裁取一定面積經去離子水清洗3～6次，然后將洗凈的原軟骨魚表皮在2.5%戊二醛溶液中化學固定6～8h，化學固定溫度0～4℃，制得固定表皮樣本。

（B）將經（A）步驟制得的固定表皮樣本采用去離子水清洗3～6次，然后將洗凈的固定表皮樣本依次放入濃度50%乙醇溶液中脫水20～30min、濃度75%乙醇溶液中脫水20～30min、濃度95%乙醇溶液中脫水20～30min、濃度100%乙醇溶液中脫水20～30min，制得脫水表皮樣本。