对于挖掘机、推土机、装载机等工程机械来说，其触土部件(推土铲或挖掘斗)为其主要工作部件，这些触土部件的脱土、减阻性能直接影响整台设备的工作效率。而在土壤含水量稍大的建设工地上，几乎每台工程机械的触土部件上，都会看到明显的粘附现象，严重影响了工程机械的作业效率，直接造成了时间和能源的浪费，并且加大了对环境的污染。 对于粘附现象的严重后果，目前已被人们充分认识到，并从各方面进行了卓有成效的研究，取得了一系列成果。 生物经过数亿年的进化，长期与自然界进行能量信息交换，造就了适应生态环境的系统，形成与自然界的完美和谐，许多科学技术难题在生物界已得到圆满解决。某些挖掘动物(如达乌尔黄鼠)，它们的日常生活中很重要的一个工作就是对土壤的挖掘。长期的挖掘工作使它们的挖掘爪十分发达，其爪趾已进化成比较理想的形状，使挖掘工作对体能的消耗降到最低，而其爪趾的弯曲形状与工程机械的铲、斗有相似之处，这就为工程机械触土部件的设计提供了新的思路，这也是本文所研究问题的切入点。 本文用二维非线性有限元法研究了以圆弧、抛物线、摆线、直线以及两种动物爪趾内轮廓线为触土面导线的各种切削工具与土壤相互作用的力学模型，对比了上述各种模型分别在平面应变问题(对应于宽齿切削工具)和平面应力问题(对应于窄齿切削工具)中切削工具力学性能的差异。 研究结果发现，触土面导线线型相同的切削工具在平面应变和平面应力问题中，其切削力学性能差别不大，也就是说，某种切削性能优良的曲线分别用于窄齿和宽齿切削工具，对切削力学性能的改善作用是相近的。 二维有限元仿真分析的结果表明了不论是在平面应变还是在平面应力问题中，仿生切削工具的切削性能都优于其它曲线。本文又建立了仿生推土铲-土壤接触系统三维有限元分析模型，考察了仿生推土铲对前方和侧面土壤的扰动情况，并和普通推土铲作了对比，仿真结果说明仿生推土铲切削力学性能明显优于普通推土铲。