人工髖關(guān)節(jié)表面仿生設(shè)計及其摩擦潤滑特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,研究者對如何提高人工髖關(guān)節(jié)摩擦學(xué)特性進行了大量的研究,表面織構(gòu)的發(fā)展也對此起到了很大的促進作用。經(jīng)過長期的進化,甲蟲鞘翅具有獨特非光滑結(jié)構(gòu),研究表明,其在減摩、潤滑方面性能優(yōu)異,因此逐漸開始應(yīng)用于人工髖關(guān)節(jié)。本文利用超景深顯微鏡對鞘翅表面進行了觀測,發(fā)現(xiàn)不同鞘翅表面具有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu),主要包括刻點、多邊形“鱗片狀”結(jié)構(gòu)、“眼狀”凹坑以及分布廣泛的微小凹坑結(jié)構(gòu),并從中提取了圓形凹坑結(jié)構(gòu)和正六邊形凸起結(jié)構(gòu)作為研究對象。
  本

2、文利用Matlab編程的方法,建立了平面對磨條件下流體動壓潤滑的理論模型,通過研究兩種織構(gòu)作用下油膜壓力的分布情況,發(fā)現(xiàn)兩種織構(gòu)均能產(chǎn)生一定的油膜承載力,而圓形凹坑織構(gòu)的摩擦系數(shù)小于正六邊形凸起織構(gòu)。通過微細制造加工技術(shù),經(jīng)過拋光、光刻、電鑄工藝分別制作出具有圓形凹坑、正六邊形凸起結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)印模板,然后通過熱壓轉(zhuǎn)印工藝,將織構(gòu)形貌復(fù)制到超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)上。圓形凹坑織構(gòu)的具體參數(shù)為:直徑約為100μm,深度約為5μm,面

3、積率10.4%;六邊形表面織構(gòu)的參數(shù)為:邊長約為55μm,高度約為5μm,面積率為10.4%。分別對三種試樣進行球面對磨形式的摩擦學(xué)試驗,以多次實驗的摩擦系數(shù)平均值作為判斷依據(jù),并結(jié)合理論研究結(jié)果,確定了圓形凹坑織構(gòu)為最佳設(shè)計方案。建立了人工髖關(guān)節(jié)球面彈流潤滑模型,利用多重網(wǎng)格法進行數(shù)值求解,分析了在無織構(gòu)條件下的潤滑膜壓力的分布以及最小膜厚值,并通過經(jīng)驗公式對球窩模型下的最小油膜厚度進行了預(yù)測,經(jīng)過與相關(guān)文獻的研究結(jié)果進行對比驗證了本

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