仿生疏水表面的润滑性

本书可作为普通高等院校相关专业的教材，也可作为相关科研人员的参考用书。 

本书基于仿生原理，结合水生物表面特征，设计了类仿生网格结构表面，以微循环动压峰补偿恒间隙无宏观动压润滑的不足，并以此揭示微循环润滑效应及其局域失效机理。 本书主要内容包括仿生网格织构的微循环润滑、表面微循环局域弹流润滑效应研究、表面微循环润滑局域失效机理研究、微循环润滑表面网格织构的优化设计研究、类荷叶多尺度疏水表面的气层润滑效应等。 本书可作为普通高等院校相关专业的教材，也可作为相关科研人员的参考用书。

卢艳，女，副教授，任职于武汉科技大学。学习经历：2008/09-2013/12，武汉理工大学，机电工程学院，机械电子工程专业，博士（直攻博）； 2010/08-2011/08 美国密歇根大学，机械工程学院，国家公派联合培养博士研究生； 2012/05-2012/08 香港城市大学，机械与生物医学院，访问交流； 2002/09-2006/07，江汉大学，机电与建筑工程学院，本科。工作经历： 2016年11月-至今，美国布朗大学，工程学院，博士后; 2016年07月-至今，武汉科技大学机械自动化学院，机械电子工程系，副教授； 2014年01月-2016年06月，武汉科技大学机械自动化学院，机械电子工程系，讲师；

第1章绪论(1)

1.1仿生疏水表面织构(4)

1.2滑动表面仿生润滑(9)

1.3织构表面润滑(11)

1.4仿生疏水表面超润滑研究的背景及意义(14)

 

第2章仿生网格织构的微循环润滑(17)

2.1引言(19)

2.2微循环网格织构的设计原理(19)

2.3微循环仿生网格织构的设计及其表征(22)

2.4微循环动压润滑模型及其求解算法(27)

2.5网格织构表面的润滑性能试验(29)

2.6网格织构表面润滑性能的试验结果(30)

2.7网格织构表面润滑状态的Stribeck曲线特征描述(33)

本章结论(34)

 

第3章表面微循环局域弹流润滑效应研究(37)

3.1引言(39)

3.2微循环润滑局域接触变形特征研究(39)

3.3微循环局域弹流润滑模型(41)

3.4微循环局域弹流润滑效应的讨论(48)

3.5基于材料特性的局域弹流润滑实例应用分析(49)

3.6表面微弹流补偿效应试验(54)

本章结论(55)

 

第4章表面微循环润滑局域失效机理研究(57)

4.1引言(59)

4.2微循环润滑局域接触热弹性接触变形的特征(59)

4.3微循环润滑局域接触磨损研究(62)

4.4局域接触区的磨损模型(65)

4.5局域磨损失效分析(68)

4.6粗糙表面局域磨损失效的动态过程(70)

本章结论(71)

 

第5章微循环润滑表面网格织构的优化设计研究(73)

5.1引言(75)

5.2建立网格织构表面优化设计的数学模型(75)

5.3优化模型的计算结果(77)

5.4网格织构表面优化模型的验证(81)

5.5网格织构表面的参数优化及其讨论(82)

本章结论(85)

 

第6章类荷叶多尺度疏水表面的气层润滑效应(87)

6.1设计制备铜基仿生荷叶的多尺度微纳米级织构(89)

6.2仿生荷叶多尺度微纳米级结构的测试表征(91)

6.3微通道疏水织构表面滑动气层动力学及其减阻效应研究(96)

6.4基于微通道气层减阻润滑性能的表面多尺度微纳米级结构的优化设计(104)

本章结论(108)

 

结语(109)

 

附录A主要符号表(111)

 

参考文献(113)

当工程中的滑动摩擦副表面间的间隙为恒定时，不满足动压润滑充要条件中的收敛楔要求；其润滑状态取决于表面织构分布即Abbott支撑面积曲线；为此，本文基于仿生原理，结合水生物表面特征，设计了类仿生网格结构表面，以微循环动压峰补偿恒间隙无宏观动压润滑的不足，并以此揭示微循环润滑效应及其局域失效机理。为了进一步改善网格织构形态对润滑的影响，提出了仿生疏水荷叶多尺度微纳层级结构的构建实现了气层减阻的良性控制方法。本文首先通过化学/电化学耦合的方法制备了铜基仿生荷叶的微纳米多尺度的疏水织构。通过微纳结构对仿生疏水的可构性，探讨气体介入到液体润滑系统的可控机制。利用润滑剂中气体的含量变化对密度的变化关系，将变密度变化的度量式引入到流体动力润滑现象的雷诺控制方程中，从而建立气楔协同润滑下的动压润滑数学模型，结果表明疏水结构是控制气体的存在形式是气楔协同润滑减阻的关键。进而通过计算流体动力学仿真，对单尺度微米织构和多重数微纳层级结构表面的静态接触角及微通道流动的动态气层分布形态进行了分析，结果显示多尺度的微纳复合结构能够比单尺度微米结构显著提高并且耦合微米结构为半球形状将达到佳的疏水性能；同时微通道气层分布形态揭示疏水性能直接影响到气层稳定在固液界面之间的覆盖率；终对微纳结构的分布密度进行了优化设计将气膜润滑层的表面铺陈率提高到99%。后进行了润滑性能实验，验证了对仿真的有效性。本文提出了通过微纳疏水织构设计能够控制气体稳定性的设计新概念并探讨了气体可控性对润滑减阻的机理。