仿生硅藻結構的水潤滑軸承摩擦學性能研究.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構，該結構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構的摩擦學性能研究。本論文仿生圓篩藻多級孔結構的摩擦學性能，優(yōu)選出一種新型的復合微造型結構，并將該結構應用到水潤滑軸承上，以改善水潤滑軸承的摩擦學性能。
　　本文立足國家自然科學基金面上項目“仿生硅藻典型殼壁結構的水潤滑軸承摩擦學性能研究”(項目編

2、號51375509)，主要研究內容如下：
　　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構，發(fā)現(xiàn)圓篩藻的細胞壁具有精細的多層孔狀結構。
　　然后，仿生典型硅藻圓篩藻的多層孔結構，采用流固耦合分析方法，研究了平行表面間不同仿生結構，即不同復合微造型結構的摩擦學性能。數(shù)值仿真結果表明：復合微造型

3、在改善平行表面的摩擦學性能上，比單層微造型更有優(yōu)勢，且最優(yōu)的復合微造型形狀為長方體—半球型微造型。
　　在上述研究的基礎上，將長方體—半球型復合微造型應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)等摩擦學性能的影響，并與具有相應單層微造型結構的水潤滑軸承及光滑軸承摩擦學性能進行對比。數(shù)值仿真結果表明：與光滑軸承相比，在軸承低壓區(qū)設置復合微造型，能明顯改善軸承的摩擦學性能；同時

4、，由于軸承低壓區(qū)位置油膜間隙較大，該復合微造型在改善軸承摩擦學性能方面，與單層微造型結構相比并無明顯優(yōu)勢。
　　進一步，將長方體—半球型復合微造型應用到水潤滑軸承的高壓區(qū)，采用流固耦合分析方法，研究了復合微造型尺寸及間距，軸承轉速、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性能的影響，并與相應的單層微造型軸承及光滑軸承的摩擦學性能進行對比。數(shù)值仿真結果表明：與光滑軸承相比，在軸承高壓區(qū)設置該復合微造型，能明顯改善軸