文章导读
刀具锋利度直接决定了刃具的作业性能，但传统检测技术长期面临周期长、成本高或具有破坏性等痛点，难以兼顾无损与高精度。清华大学深圳国际研究生院智能制造团队为此研发出一种基于高剪切响应非牛顿流体的量化测量方法，通过精准调控流体配方与阻力分解分析，构建起一套全域化、可重复的检测体系。该方案如何在低成本条件下实现对刃口钝圆半径的精准表征，并为工业与医疗场景提供标准化管控？
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刀具锋利度是各类刃具作业性能的核心指标。当前行业主流的刀具锋利度检测方式存在明显技术短板与应用局限，现有锋利度检测相关研究尚未形成兼顾无损、全域、高精度、可重复的一体化检测体系，传统检测技术普遍存在检测周期长、成本高或破坏性检测等痛点，严重制约了刀具锋利度精准测量技术的产业化应用与迭代升级。
图1. 典型锋利刀具及其磨损形态示意图
近日，清华大学深圳国际研究生院智能制造团队提出了一种基于高剪切响应非牛顿流体的刀具锋利度量化测量方法，可实现刀具锋利度的连续、高分辨率及可重复检测，构建了高精度、全域化的刃口锋利度检测体系。
图2. 锋利刀具切割牛顿流体过程的建模示意图
研究团队首先研发出了适配锋利度高精度检测的非牛顿流体配方，通过精准调控流变特性，使其既可保障刀具浸入检测介质，又能在较高剪切作用下产生显著粘度响应，从而实现刃口锋利度变化的精准表征，并通过改善抗沉降稳定性实现长时间、可重复的标准化检测，有效适配不同几何参数的薄刃锋利度测试需求。
图3. 本研究开发的刀具锋利度测试实验系统
在此基础上，团队基于Hiemenz与Falkner-Skan模型开展了阻力分解分析，通过多工况数值模拟精准预测流体的力学响应规律，明确了刃口半径和切割速度等特征的耦合关联，确认了非牛顿流体测量刀具锋利度的核心作用机制，推导得到了刀具锋利度解析计算公式，建立了包含刃口钝圆半径、楔角、切割速度及流体粘度的多参数分析模型，进而搭建了基于非牛顿流体的刀具锋利度检测实验平台，可实现切割受力信号高精度采集和锋利刀具刃口钝圆半径的表征。
该技术有效解决了传统检测方式的各类弊端，具备低成本、高效率等优势，适用于民用、医用、工业等多场景刀具锋利度检测，为刀具制造技术迭代升级、刃具品质标准化管控提供了新型高效方案，具备广阔的工程应用前景与积极的产业化推广价值。
相关研究成果以“基于高剪切响应流体与解析阻力模型的刀具锋利度无损表征”（Non-Destructive Blade Sharpness Characterization Using a High-Shear Responsive Fluid and Analytical Drag Modeling）为题，于7月15日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
论文第一作者为清华大学深圳国际研究生院2025届智能制造项目机械专业硕士毕业生赵昊琳，通讯作者为清华大学深圳国际研究生院副教授冯峰。论文作者还包括清华大学深圳国际研究生院教授冯平法、2020级机械工程专业博士研究生姜恩来、2024级机械工程博士研究生乐祺中、2026届机械工程专业博士毕业生徐捷，以及上海飞机制造有限公司工程师柴娜娜、正高级工程师龚佑宏。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-75558-9
供稿：深圳国际研究生院
编辑：李华山
审核：黄思南
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