仿生硅藻結(jié)構(gòu)的水潤滑軸承摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、硅藻是單細胞自養(yǎng)型微生物，廣泛分布于全球海洋環(huán)境和淡水環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，硅藻的細胞壁具有精致的多級孔狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有極高的抗拉性能和彈性韌性，具有良好的機械性能優(yōu)勢，但到目前為止還缺乏該結(jié)構(gòu)的摩擦學(xué)性能研究。本論文仿生圓篩藻多級孔結(jié)構(gòu)的摩擦學(xué)性能，優(yōu)選出一種新型的復(fù)合微造型結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用到水潤滑軸承上，以改善水潤滑軸承的摩擦學(xué)性能。
　　本文立足國家自然科學(xué)基金面上項目“仿生硅藻典型殼壁結(jié)構(gòu)的水潤滑軸承摩擦學(xué)性能研究”(項目編

2、號51375509)，主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，本文介紹了硅藻的培養(yǎng)方法，采用課題組自行發(fā)明設(shè)計的硅藻培養(yǎng)裝置，培養(yǎng)了典型硅藻。使用ZEISS AURIGA雙聚焦離子束掃描電鏡，對其進行了圖像采集，觀察分析了硅藻的形貌結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)圓篩藻的細胞壁具有精細的多層孔狀結(jié)構(gòu)。
　　然后，仿生典型硅藻圓篩藻的多層孔結(jié)構(gòu)，采用流固耦合分析方法，研究了平行表面間不同仿生結(jié)構(gòu)，即不同復(fù)合微造型結(jié)構(gòu)的摩擦學(xué)性能。數(shù)值仿真結(jié)果表明：復(fù)合微造型

3、在改善平行表面的摩擦學(xué)性能上，比單層微造型更有優(yōu)勢，且最優(yōu)的復(fù)合微造型形狀為長方體—半球型微造型。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，將長方體—半球型復(fù)合微造型應(yīng)用到水潤滑軸承的低壓區(qū)，采用流固耦合分析方法，研究了復(fù)合微造型幾何尺寸對軸承承載力、摩擦力及摩擦系數(shù)等摩擦學(xué)性能的影響，并與具有相應(yīng)單層微造型結(jié)構(gòu)的水潤滑軸承及光滑軸承摩擦學(xué)性能進行對比。數(shù)值仿真結(jié)果表明：與光滑軸承相比，在軸承低壓區(qū)設(shè)置復(fù)合微造型，能明顯改善軸承的摩擦學(xué)性能；同時

4、，由于軸承低壓區(qū)位置油膜間隙較大，該復(fù)合微造型在改善軸承摩擦學(xué)性能方面，與單層微造型結(jié)構(gòu)相比并無明顯優(yōu)勢。
　　進一步，將長方體—半球型復(fù)合微造型應(yīng)用到水潤滑軸承的高壓區(qū)，采用流固耦合分析方法，研究了復(fù)合微造型尺寸及間距，軸承轉(zhuǎn)速、偏心率及長徑比，潤滑劑的粘度及密度等參數(shù)對水潤滑軸承摩擦學(xué)性能的影響，并與相應(yīng)的單層微造型軸承及光滑軸承的摩擦學(xué)性能進行對比。數(shù)值仿真結(jié)果表明：與光滑軸承相比，在軸承高壓區(qū)設(shè)置該復(fù)合微造型，能明顯改善軸