润滑与密封

作者：张佳辰，郑清春，曹志涛，陈亚，张春秋，胡亚辉

单位：天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室；机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学）,,天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室；机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学）,,天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室；机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学）,,天津市骨植入物界面功能化与个性化研究企业重点实验室,,天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室；机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学）,,天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室；机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学）,

关键词：人工关节;润湿性;微织构;液滴迁移;锆基合金

基金：天津市自然科学基金项目（23JCYBJC00620）；天津市企业重点实验室基金项目（SY-04-202401-004）；天津理工大学教学基金项目（ZD22-12GJ；ZDXM2207）;天津理工大学2023年校级研究生科研创新实践项目（YJ2309）

为减轻人工关节磨损情况，通过对鲨鱼皮表面盾鳞结构分析，设计斜底仿生织构来增强关节摩擦副润湿效果，并探究斜底织构对液滴迁移能力的影响。利用ANSYS Fluent软件，在织构表面开展液滴铺展仿真试验，探究斜底织构对润湿性的增强效果和引导液滴迁移的能力；分析织构几何参数、面积率对润湿效果和液滴迁移距离的影响，并通过接触角试验进行了验证。结果显示：斜底织构相较于平底织构润湿性有所增强，且随着织构面积率的增加，润湿效果先增强后减弱，在面积率为20%时达到最佳；随着织构尺寸增加，亲水效果同样先增强后减弱；织构面积率的增加使得液滴迁移距离先增大后减小，较大织构尺寸和较大面积率也会使得液滴迁移能力增强。研究表明，斜底织构有助于增强毛细作用，从而促进液体在关节表面迁移，降低表面接触角，为后续关节润滑研究提供了新思路。

来源：2025年第12期

《润滑与密封》期刊编辑部

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