仿生六边形微凸起织构的摩擦学特性研究

发布时间：2017-05-20 16:09

  本文关键词：仿生六边形微凸起织构的摩擦学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在研究摩擦学的历程中，自然界的非光滑表面给了我们很多启示。树蛙足掌致密的六边形微凸起结构，是其能够稳稳地停在潮湿的树皮和砾石表面而不滑脱的主要原因之一。树蛙等生物体表可以认为是广义的软材料，而橡胶等软材料在当今工业生产中得到日益广泛的应用。从仿生学的角度出发，在软材料上加工出类似动物表面具有特殊功能的表面，实现高摩擦、高黏附、控制摩擦的增大或减小，意义非凡。 本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为试件材料，采用光刻—转印工艺在盘状PDMS表面加工出不同参数的六边形微凸起织构，以销盘式摩擦磨损试验机研究了PDMS/PDMS、钢球/PDMS摩擦副在不同润滑状态下时，PDMS表面六边形微凸起织构的作用效果，并探讨了织构的润滑机理。本文获得的结论主要有： 1.干摩擦条件下，PDMS表面的粘着、弹性形变和粘滞作用发挥重要作用，摩擦因数随着滑动速度的增加而不断上升，且具有高面积密度、小直径的织构具有更好的减摩作用。 2.采用甲基硅油为润滑剂时，，摩擦副随滑动速度增大从混合润滑状态逐渐步入流体动压润滑状态。在混合润滑阶段六边形微凸起织构表现出增摩效果，且高面积密度的织构增摩效果更佳；流体动压润滑状态时PDMS表面的摩擦因数与润滑剂本身的粘度直接相关，织构的作用减弱，控制摩擦的作用比较局限。 3.水润滑条件下，PDMS/PDMS摩擦副主要处于边界润滑状态和混合润滑状态，六边形微凸起织构在低速时减摩，而在高速时六边形微凸起周围的沟槽排水迅速，形成吸附效应提升增摩效果，其中高面积密度、大直径的织构增摩效果更为显著，符合树蛙足掌结构的特殊性能。钢球/PDMS摩擦副在水润滑试验时，主要处于边界润滑和混合润滑状态，中速时织构的增摩作用显著，而高速时呈现出进入流体动压润滑状态的趋势。 本文通过试验研究了PDMS/PDMS和钢球/PDMS摩擦副中六边形微凸起织构在PDMS表面的作用，探讨了不同润滑状态下该织构作用机理，同时证实了树蛙足掌的六边形结构是其特殊摩擦学性能的原因，为控制、利用软材料表面以及软材料的应用提供了依据。
【关键词】：表面织构 聚二甲基硅氧烷(PDMS) 六边形 微凸起 摩擦
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 表面织构技术12-15
• 1.2.1 自然界的启示12-13
• 1.2.2 表面织构技术的应用13-15
• 1.3 软材料摩擦学的相关研究15-18
• 1.3.1 生物体表的多边形结构15-16
• 1.3.2 硅橡胶材料的摩擦学研究16-18
• 1.4 课题的来源与意义18
• 1.5 全文概览18-20
• 第二章 试件制备和试验设计20-32
• 2.1 试件设计20-28
• 2.1.1 材料的选择20-21
• 2.1.2 织构几何参数的设计21-23
• 2.1.3 织构化试件的制备23-28
• 2.2 试验设计28-31
• 2.2.1 试验方案28-29
• 2.2.2 上试件和滑动速度的选定29
• 2.2.3 载荷条件和润滑剂的选定29-31
• 2.2.4 表面粘附力测试31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 六边形微凸起织构在 PDMS/PDMS 摩擦副中的摩擦学特性32-51
• 3.1 干摩擦条件下六边形微凸起织构的摩擦学特性32-40
• 3.1.1 1N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果32-35
• 3.1.2 2N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果35-38
• 3.1.3 干摩擦条件下六边形微凸起织构的作用机理38-40
• 3.2 水润滑条件下六边形微凸起织构的摩擦学特性40-47
• 3.2.1 1N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果40-43
• 3.2.2 2N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果43-46
• 3.2.3 水润滑条件下六边形微凸起织构的作用机理46-47
• 3.3 甲基硅油润滑条件下六边形微凸起织构的摩擦学特性47-50
• 3.3.1 甲基硅油润滑条件下六边形微凸起织构的作用效果47-49
• 3.3.2 甲基硅油润滑下六边形微凸起织构的作用机理49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 六边形微凸起织构在钢球/PDMS 摩擦副中的摩擦学特性51-72
• 4.1 干摩擦条件下六边形微凸起织构的摩擦学特性51-59
• 4.1.1 1N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果51-54
• 4.1.2 2N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果54-57
• 4.1.3 干摩擦条件下六边形微凸起织构的作用机理57-59
• 4.2 水润滑条件下六边形微凸起织构的摩擦学特性59-67
• 4.2.1 1N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果59-63
• 4.2.2 2N 载荷下六边形微凸起织构的作用效果63-66
• 4.2.3 水润滑条件下六边形微凸起织构的作用机理66-67
• 4.3 甲基硅油润滑条件下六边形微凸起织构的摩擦学特性67-70
• 4.3.1 甲基硅油润滑条件下六边形微凸起织构的作用效果67-69
• 4.3.2 甲基硅油润滑下六边形微凸起织构的作用机理69-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 织构化 PDMS 表面的其他摩擦学性能72-78
• 5.1 PDMS 表面粘附力测试72
• 5.2 织构化 PDMS 表面的 Stribeck 曲线72-76
• 5.2.1 无织构 PDMS 表面的 Stribeck 曲线73-74
• 5.2.2 表面织构对 Stribeck 曲线的影响74-76
• 5.3 本章小结76-78
• 第六章 总结与展望78-81
• 6.1 全文总结78-79
• 6.2 工作展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 程红,孙久荣,李建桥,任露泉;臭蜣螂体壁表面结构及其与减粘脱附功能的关系[J];昆虫学报;2002年02期

2 姜亮;马国亮;王晓雷;;PDMS表面织构润滑特性的研究[J];摩擦学学报;2010年03期

3 张立军;徐飞;王小博;;汽车刮水器摩擦引起的噪声特性试验分析[J];同济大学学报(自然科学版);2010年07期

4 孙久荣;戴振东;;非光滑表面仿生学(Ⅰ)[J];自然科学进展;2008年03期

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本文编号：382117