2.6表面织构CFD模型处理 11

2.6.1网格划分 11

2.6.2边界条件的设置 12

2.6.3差分方式及初始值设定 13

2.6.4迭代误差设置及过程监视 13

2.6.5计算结果显示 14

2.7表面织构CFD模型求解结果分析 14

2.7.1微凹坑半径的影响 14

2.7.2微凹坑深度的影响 17

2.7.3微凹坑截面形状的影响 20

2.7.4织构流域流速的影响 22

2.8本章小结 24

第三章钛合金微织构表面流体动压润滑性能优化设计 26

3.1单点微织构三因素三水平设计方案 26

3.1.1设计参数、工具及方法 26

3.1.2Box-Behnken结果分析 26

3.2数值模拟仿真结果分析 29

3.3本章小结 31

结语 32

致谢 34

参考文献 35

第一章绪论

1.1选题背景

在医学上，人工髋关节置换技术是选取耐磨性、耐冲击性与摩擦性能优良的材料制作成与人体髋关节结构类似的假体，来替换其受损部位并保护新的人体髋关节，达到减缓髋关节疼痛、抵制关节变形、修复肢体长度等目的的一种技术。

但人工髋关节选取的材料标准十分严格，多数固体材料表面耐磨性能较差。在本题研究中，考虑到钛合金[1]较其他材料有着低密度、高强度、耐磨性抗腐蚀性好、工艺性能好等优点，因此可以对钛合金进行表面处理，进一步提高其耐磨性和润滑性能，来延长人工髋关节寿命使用。目前在钛合金表面采用的表面处理方法主要是添加表面涂层

（等离子喷涂）的方法，此方法虽然容易操作，性能有所提高，但是喷涂的金属离子会对人体的健康有着很大的威胁。

正是因为这样的不足，微造型技术派上了用场，利用微造型技术可以改善表面摩擦性能及润滑性能，其具有对表面进行深度润滑，储存磨损颗粒、提高表面动压效应等功能。流体薄膜润滑技术可以提高髋关节假体的润滑性能，在假体的表面加工出微凹坑来改善物体润滑性能；在平行滑动场合的情况下，微凹坑形貌的纹理用作微动压轴承，从而更好地改善了假体表面的润滑性能。近年的医学研究也表明，髋关节假体表面并非越光滑性能越高，在其表面加工出形状大小适当的微凹坑可以提高假体表面的摩擦学性能，其作用原理为:在流体流动润滑情况下提升其动压效果;并在混合润滑条件下微凹坑作为储油槽提供润滑剂;在干摩擦条件下也可以储存磨粒对表面进行二次润滑。

在本次课题研究中，考虑到微造型的几何参数和人体体重、运动速度都对微造型表面的动压润滑效果有着重要的影响，从而决定人工髋关节微造型表面的摩擦性能，最终影响人工髋关节的寿命，因此，需要根据人体的实际情况，进行表面微造型润滑性能分析及优化设计显得尤为重要。

1.2国内外研究现状

1.3动压原理、研究目的、研究内容、研究意义