目前全世界有30%以上的能源以摩擦磨损形式消耗,我国每年因摩擦磨损造成的经济损失约为GDP的2%-7%。现如今,机械设备运行环境愈加复杂,零部件的服役工况也愈加苛刻,因而对提高零部件摩擦性能的要求越来越高。自然界中,蛇类与环境长期接触的腹鳞早已进化出具有优异摩擦性能的非光滑表面,可在草地、树木、沙漠、沼泽、海洋等多种环境中实现高效爬行运动。为了设计能适用于多种工况且具有优良摩擦特性的非光滑表面,本文借鉴蛇类腹鳞表面形貌特征,以赤链蛇（Dinodon rufozonatum）、王锦蛇（Elaphe carinata）、红尾蚺（Boa constrictor）为生物模本,研究了腹鳞的摩擦调控和耐磨机理,并基于此设计了仿生非光滑表面。本文探究了蛇腹鳞跨尺度形貌结构特征,分析了腹鳞宏/微观形貌与个体自身因素和生活方式间的关联。对赤链蛇、王锦蛇和红尾蚺腹鳞的宏观形貌和鳞表微观结构进行观测,统计分析了腹鳞的宏观横纵尺寸和横纵比r A等特征尺寸以及腹鳞表面微观结构的横纵尺寸和高度尺寸等特征尺寸。结果表明,腹鳞的宏观特征尺寸和鳞表微凸体结构的特征尺寸随腹鳞所属区域的变化而产生差异,而且腹鳞宏观形貌和鳞表微凸体结构均表现出种间差异。腹鳞宏观形貌差异具体表现为腹鳞的形状差异、尺寸差异、横纵比差异。鳞表微结构差异体现在赤链蛇腹鳞鳞表为双脊状微凸体结构,王锦蛇腹鳞鳞表的平台特征更为突出,而红尾蚺腹鳞鳞表则表现为微鳞结构以及微鳞表面的凸脊结构。本文探究了蛇腹鳞材料的力学特性。借助纳米压痕仪对赤链蛇、王锦蛇和红尾蚺三种蛇类腹部鳞片的弹性模量、硬度、蠕变等材料性能参数进行测试,借助接触角测量仪和原子力显微镜（AFM）对腹鳞的接触角和鳞片表面纳米粘附力进行测量,探究腹部鳞片的表观力学性能。结果表明,三种蛇腹鳞内层材质的弹性模量和硬度小于外表层,且三种蛇腹鳞的水接触角均大于90°,均为疏水表面。三种蛇腹鳞鳞表微凸体顶部的粘附力小于凸体间的粘附力,其中赤链蛇腹鳞的粘附力最小,而王锦蛇与红尾蚺基本相同。本文探究了蛇腹鳞表面的跨尺度摩擦特性。通过摩擦磨损试验机对腹鳞的宏观摩擦性能进行测试,借助微米划痕设备对腹鳞的微米摩擦性能进行探究,结合AFM探究腹鳞表面的纳米摩擦性能,分析多尺度下法向载荷F、滑行速度V、滑行角度A对腹鳞摩擦系数COF的作用规律。结果表明,在宏观尺度摩擦试验中,磨球与腹鳞构成的摩擦副主要以粘附作用、机械啮合作用、耕犁作用和弹性滞后作用为主,腹鳞的COF受F和V影响,同时腹鳞显现出摩擦各向异性的特性。在微米尺度摩擦中,划痕头与腹鳞在切向方向的阻力主要源于粘附力和迟滞力。三种蛇腹鳞的COF受V的影响较小,而随F的增加而增大,而A对腹鳞的COF影响较小。在纳米尺度摩擦中,切向阻力主要为粘附作用和机械啮合作用。AFM探针在鳞片表面微凸体上滑行时产生摩擦各向异性的原因在于探针爬升不同倾角斜面的差异,而且AFM探针承受的切向阻力与鳞表粘附力、鳞表微凸体倾角θ和法向载荷F有关。本文探究了多环境下蛇腹鳞的摩擦特性。利用摩擦磨损试验机,通过改变接触面粗糙度、润滑状态等环境因素,对具有典型微凸体结构的赤链蛇腹部鳞片进行多环境下的摩擦试验,并利用扫描电镜（SEM）对鳞片表面的磨损形貌进行观测,探究腹鳞的摩擦性能随外部环境的变化规律。结果表明,在多环境摩擦测试中,粗糙表面的磨粒对腹鳞的犁沟作用、粘附作用以及鳞片由黏弹性形变引起的弹性滞后作用是构成切向阻力的主要原因,鳞表产生的磨损主要为磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损。腹鳞在不同摩擦工况下对不同粗糙度的配副表面具有一定摩擦适应性,可产生相应的响应模式以应对多环境下的摩擦接触。另外,腹鳞表面独特的微凸体结构可减小鳞片的磨损。本文探究了仿蛇鳞表面摩擦特性。对蛇腹鳞表面微结构特征进行简化,提取微凸体结构的关键几何特征,设计并构建仿生非光滑表面模型。借助有限元分析软件对非光滑表面的摩擦力学性能进行数值分析。利用激光加工系统在球墨铸铁样件表面进行仿蛇鳞非光滑表面的加工,借助摩擦磨损试验机对仿生非光滑表面样件进行摩擦磨损测试,验证仿生非光滑表面的摩擦磨损性能。结果表明,在铸铁样件的摩擦磨损试验中,样件表面磨损形式主要为黏着磨损、三体磨损和粗糙峰磨粒磨损,非光滑表面的沟槽结构具有一定的排屑和散热功能,有助于降低黏着磨损和三体磨损。