本文關(guān)鍵詞：人工髖關(guān)節(jié)表面仿生設(shè)計(jì)及其摩擦潤(rùn)滑特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),研究者對(duì)如何提高人工髖關(guān)節(jié)摩擦學(xué)特性進(jìn)行了大量的研究,表面織構(gòu)的發(fā)展也對(duì)此起到了很大的促進(jìn)作用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化,甲蟲(chóng)鞘翅具有獨(dú)特非光滑結(jié)構(gòu),研究表明,其在減摩、潤(rùn)滑方面性能優(yōu)異,因此逐漸開(kāi)始應(yīng)用于人工髖關(guān)節(jié)。本文利用超景深顯微鏡對(duì)鞘翅表面進(jìn)行了觀測(cè),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(diǎn)、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(duì)象。本文利用Matlab編程的方法,建立了平面對(duì)磨條件下流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的理論模型,通過(guò)研究?jī)煞N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)。本文通過(guò)微細(xì)制造加工技術(shù),經(jīng)過(guò)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(guò)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,面積率10.4%;六邊形表面織構(gòu)的參數(shù)為:邊長(zhǎng)約為55μm,高度約為5μm,面積率為10.4%。本文分別對(duì)三種試樣進(jìn)行球面對(duì)磨形式的摩擦學(xué)試驗(yàn),以多次實(shí)驗(yàn)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(jì)方案。本文建立了人工髖關(guān)節(jié)球面彈流潤(rùn)滑模型,利用多重網(wǎng)格法進(jìn)行數(shù)值求解,分析了在無(wú)織構(gòu)條件下的潤(rùn)滑膜壓力的分布以及最小膜厚值,并通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)球窩模型下的最小油膜厚度進(jìn)行了預(yù)測(cè),經(jīng)過(guò)與相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了本文算法的正確性。
【關(guān)鍵詞】：人工關(guān)節(jié) 鞘翅 表面織構(gòu) UHMWPE 摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn) 數(shù)值求解
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R318.17;TH117
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 仿生學(xué)概論12-14
• 1.1.1 仿生學(xué)的基本概念及發(fā)展12
• 1.1.2 仿生學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容12-13
• 1.1.3 仿生學(xué)的成功范例13-14
• 1.2 表面織構(gòu)技術(shù)的現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 表面織構(gòu)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究14-15
• 1.2.2 表面織構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用15-16
• 1.3 關(guān)節(jié)的研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3.1 天然關(guān)節(jié)17-18
• 1.3.2 人工關(guān)節(jié)18-22
• 1.3.2.1 關(guān)節(jié)材料19-20
• 1.3.2.2 人工關(guān)節(jié)的摩擦界面20-21
• 1.3.2.3 人工關(guān)節(jié)的表面改性處理21-22
• 1.4 研究目標(biāo)與主要內(nèi)容22-24
• 1.4.1 課題來(lái)源22
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 第二章 甲蟲(chóng)鞘翅表面微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其仿生設(shè)計(jì)24-28
• 2.1 確定研究對(duì)象24-25
• 2.2 鞘翅表面結(jié)構(gòu)的觀測(cè)與設(shè)計(jì)25-27
• 2.2.1 東方龍虱鞘翅表面形態(tài)觀測(cè)25-26
• 2.2.2 鞘翅表面織構(gòu)的性能分析26
• 2.2.3 表面織構(gòu)的形態(tài)設(shè)計(jì)26-27
• 2.3 本章總結(jié)27-28
• 第三章 表面織構(gòu)的流體動(dòng)壓潤(rùn)滑數(shù)學(xué)模型28-40
• 3.1 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論28-31
• 3.1.1 雷諾方程的推導(dǎo)和建立28-30
• 3.1.2 織構(gòu)的動(dòng)壓機(jī)理30-31
• 3.2 建立流體動(dòng)壓潤(rùn)滑模型31-33
• 3.3 模型的求解33-37
• 3.3.1 確定邊界條件33
• 3.3.2 雷諾方程無(wú)量綱化33-34
• 3.3.3 數(shù)值求解34-37
• 3.4 結(jié)果分析37-39
• 3.5 本章總結(jié)39-40
• 第四章 表面織構(gòu)的加工制備40-53
• 4.1 人工髖關(guān)節(jié)材料的選擇40-41
• 4.1.1 上試樣材料的選擇40
• 4.1.2 下試樣材料的選擇40-41
• 4.2 光刻加工過(guò)程41-46
• 4.2.1 樣品制備流程41
• 4.2.2 光刻膠與掩模版41-42
• 4.2.3 光刻前處理42-43
• 4.2.4 光刻43-46
• 4.3 電鑄46-50
• 4.3.1 電鑄原理46-47
• 4.3.2 電鑄液成分對(duì)電鑄質(zhì)量的影響47
• 4.3.3 操作條件對(duì)電掦質(zhì)量的影響47
• 4.3.4 電鑄過(guò)程47-48
• 4.3.5 電鑄高度的控制48-49
• 4.3.6 轉(zhuǎn)印模板49-50
• 4.4 熱壓制樣50-52
• 4.4.1 制樣過(guò)程50-52
• 4.4.2 試樣形貌觀測(cè)52
• 4.5 本章總結(jié)52-53
• 第五章 UHMWPE摩擦學(xué)性能試驗(yàn)53-61
• 5.1 試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介53-55
• 5.1.1 試驗(yàn)設(shè)備53-54
• 5.1.2 試驗(yàn)夾具54-55
• 5.2 試件、試劑及試驗(yàn)條件55-57
• 5.2.1 試件55
• 5.2.2 試劑55-56
• 5.2.3 試驗(yàn)條件56-57
• 5.3 摩擦學(xué)試驗(yàn)內(nèi)容57-60
• 5.3.1 無(wú)織構(gòu)UHMWPE與不銹鋼摩擦57-58
• 5.3.2 圓形織構(gòu)UHMWPE與不銹鋼摩擦58-59
• 5.3.3 正六邊形織構(gòu)UHMWPE與不銹鋼摩擦59
• 5.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析59-60
• 5.4 本章總結(jié)60-61
• 第六章 人工關(guān)節(jié)彈流潤(rùn)滑的初步研究61-70
• 6.1 人工關(guān)節(jié)的彈流潤(rùn)滑模型61-62
• 6.2 多重網(wǎng)格法62-63
• 6.2.1 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的劃分62
• 6.2.2 方程的離散62
• 6.2.3 限制與延拓算子62-63
• 6.2.4 網(wǎng)格參數(shù)的上傳和下傳63
• 6.2.5 V循環(huán)迭代計(jì)算63
• 6.3 球面模型彈流潤(rùn)滑計(jì)算63-68
• 6.3.1 控制方程63-64
• 6.3.2 方程無(wú)量綱化64-65
• 6.3.3 方程的離散65
• 6.3.4 迭代計(jì)算65-66
• 6.3.5 計(jì)算流程66-68
• 6.4 結(jié)果分析68-69
• 6.5 本章總結(jié)69-70
• 第七章 總結(jié)和展望70-72
• 7.1 全文總結(jié)70-71
• 7.2 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 致謝77-78
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：人工髖關(guān)節(jié)表面仿生設(shè)計(jì)及其摩擦潤(rùn)滑特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：445641