近日，机械与汽车工程学院潘家保教授“设计科学与基础部件”科研团队在高起点新刊《Advanced Bionics》上发表题为“Bioinspired crescent-shaped textures from the chela of Procambarus clarkii for reducing pipe penetration resistance in muddy environments”的研究成果，安徽工程大学为第一署名单位。
该研究针对在海底工程、电缆铺设和深海取样中，泥质沉积物中管道贯入时的贯入阻力严重制约作业效率并增加能耗的问题，受克氏原螯虾（Procambarus clarkii）高效掘洞能力的启发，探究了其螯足上的月牙形凹凸微结构，并评估其在降低贯入阻力方面的可行性。设计并通过3D打印制备了六种纹理管道构型，并在泥浆中开展了对比贯入实验。结果表明，与光滑管道相比，所有仿生纹理表面均能降低摩擦阻力，其中凹凸复合纹理的性能最优。减阻效果强烈依赖于纹理方向和贯入速度：当月牙尖端角度与流动方向一致、模拟天然纹理时，在11 mm/s速度下最大减阻率达49%。采用Bingham-Papanastasiou本构模型的数值模拟，结合流动可视化实验，揭示了一种协同机制：凹结构减小壁面–液体接触面积，从而降低摩擦阻力；而凸起则诱发局部剪切稀化，促进形成低粘度润滑层。该效应具有介质依赖性，在泥浆中有效，但在砂土中不显著。本研究为低能耗泥浆输送提供了一种被动的、仿生策略，并对触土及贯入部件的摩擦学设计具有直接指导意义。
图1 图片摘要
图2 小龙虾仿生减阻织构
图3 仿生减阻机制
论文原文链接：https://doi.org/10.1016/j.abs.2026.08.003