人工髋关节织构化表面摩擦学性能研究

作     者：郝佳丽 郑清春 张春秋 张曌雄 付蔚华 胡亚辉 HAO Jiali;ZHENG Qingchun;ZHANG Chunqiu;ZHANG Zhaoxiong;FU Weihua;HU Yahui

作者机构：天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学)天津300384 天津医科大学总医院普通外科天津300052 

出 版 物：《润滑与密封》 (Lubrication Engineering)

年 卷 期：2023年第48卷第12期

页      面：55-61页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(11672208,81741141) 天津市医学重点学科(专科)建设项目(TJSYXZDXK015303078101015) 中国交通教育研究会课题(JTZD20-14) 天津理工大学2022年校级研究生科研创新实践项目(YJ2210) 

主　　题：人工髋关节 微织构 流体仿真 减摩性能 油膜承载力 

摘      要：为研究微织构形状对人工髋关节表面摩擦特性的影响,在人工髋关节表面分别设计仿生菱形织构、圆柱形织构和圆环形织构,以雷诺方程为理论研究基础建立流体动压润滑模型,用ANSYS Fluent进行数值模拟,得到微织构表面润滑油膜的平均承载力和摩擦因数,并比较不同织构形状的摩擦学性能。结果表明:在所选织构参数、工况参数范围内,平均承载力随着面积率增大以及滑动速度的提高均呈现上升趋势,在面积率为25%、滑动速度为0.3 m/s时达到最大;摩擦因数随着织构面积率的增大而呈下降趋势,在面积率25%达到最小值,摩擦因数与滑动速度的关系则因织构形状的不同存在一定的差异;研究的3种形状微织构中,仿生菱形织构的摩擦学性能最佳。因此合理选择织构形状可以减少人工髋关节摩擦副表面间的磨损。