兩種動(dòng)物硬質(zhì)鱗片的切向及沖擊磨損行為研究.pdf

1、生物經(jīng)過(guò)自然界的優(yōu)勝劣汰和進(jìn)化，天然生物材料更是具備著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。穿山甲鱗片和烏龜殼都具有堅(jiān)硬的特性，能夠保護(hù)內(nèi)部軟組織不受傷害。研究天然生物材料的力學(xué)等性能，對(duì)仿生材料的設(shè)計(jì)提供了可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，具有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文利用物理化學(xué)分析設(shè)備X衍射光譜、紅外光譜、DMA、硬度儀、掃描電子顯微鏡對(duì)穿山甲鱗片和烏龜殼進(jìn)行表征;通過(guò)拉伸、三點(diǎn)彎曲、切向磨損和沖擊磨損實(shí)驗(yàn)考察了不同浸泡時(shí)間鱗片和龜殼試樣的力學(xué)性能、切向磨損和沖

2、擊磨損性能;通過(guò)光學(xué)顯微鏡、三維輪廓儀、掃描電子顯微鏡等材料學(xué)檢測(cè)手段對(duì)磨痕進(jìn)行分析，討論了在各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中水對(duì)試樣的作用。主要結(jié)論如下:
　　1.研究了水浸泡時(shí)間對(duì)穿山甲鱗片和烏龜殼試樣力學(xué)性能的影。隨著試樣含水量的增加，試樣的拉伸強(qiáng)度降低。未浸泡試樣的拉伸強(qiáng)度最大，穿山甲鱗片試樣的最大拉伸強(qiáng)度為81.6MPa，最小值為60.2MPa。龜殼試樣的最大拉伸強(qiáng)度為23.4MPa，最小強(qiáng)度為13MPa。在三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)中，隨著試樣含水量的增

3、加，試樣的最大彎曲側(cè)向力逐漸降低，并且經(jīng)水浸泡的試樣在側(cè)向力達(dá)到最大值時(shí)，仍處于抵抗斷裂狀態(tài)，未斷裂。穿山甲鱗片試樣的最大彎曲側(cè)向力為117N，而最小彎曲側(cè)向力為60N。龜殼試樣最大彎曲側(cè)向力為7.9N，最小為3.8N，最大值比最小值高一倍。
　　2.對(duì)水浸泡條件不同試樣進(jìn)行切向磨損實(shí)驗(yàn)，水浸沒環(huán)境時(shí)，穿山甲鱗片試樣的摩擦系數(shù)最小，磨損較輕。而改變穿山甲鱗片紋路與上試樣移動(dòng)方向的角度，摩擦系數(shù)和磨損都存在差異。當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與紋路為9

4、0°時(shí)，其摩擦系數(shù)及磨損都是最小，而角度為45°時(shí)最大。根據(jù)不同浸泡條件烏龜殼試樣的切向磨損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，當(dāng)上試樣移動(dòng)速度相同時(shí)，水浸沒條件下試樣的摩擦系數(shù)最低，未浸泡試樣摩擦系數(shù)最高，而在1400s后，摩擦系數(shù)最低的為浸泡24小時(shí)的試樣，而在相同環(huán)境下，上試樣運(yùn)動(dòng)速度越大，摩擦系數(shù)越高，磨損越嚴(yán)重。
　　3.針對(duì)水浸泡時(shí)間不同的穿山甲鱗片和烏龜殼進(jìn)行沖擊磨損實(shí)驗(yàn)，在相同的沖擊循環(huán)下，隨著試樣浸泡時(shí)間的增加，兩種材料的峰值接