基于黏附-摩擦耦合模型研究壁虎刚毛的法向与切向剥离行为

本文采用黏附-摩擦耦合模型研究壁虎刚毛的法向与切向剥离行为。目的是解释刚毛的强附着与易脱离行为，并理解其最优设计背后的原理。通过非线性有限元计算表明，在切向约束剥离过程中，剥离前沿附近刚毛垫的局部滑动拉伸了刚毛，从而增加应变能并导致高拔出力。该模型用于研究各参数（如剥离角、刚毛柄角、条带厚度和材料刚度）对拔出力的影响。模型显示，将刚毛垫厚度增加到某一水平以上并不会使附着力和显著提升。此外，在切向自由剥离条件下研究了壁虎的易脱离行为。发现刚毛通过改变其柄角并最终像胶带一样垂直剥离，从而轻易从基底脱离。由于本计算模型不受理论模型的几何、运动学与材料限制，它可用于分析类似的生物黏附系统。