初始粗糙面对切向微动行为影响数值研究

利用python和二维W-M分形函数建立二维粗糙表面,基于ABAQUS用户子例程UMESHMOTION引入Achard磨损准则建立二维柱-平面接触下的切向微动数值模型,通过改变法向载荷F和切向位移幅值U对二维切向微动磨损中的磨损量、磨损形貌和应力应变进行分析研究。结果表明,光滑表面磨损量明显比粗糙表面磨损量小,光滑表面和粗糙表面磨损量分布均呈现出自中心区域逐渐减小的趋势,且粗糙表面磨损量分布有很大的的离散性;由于应力集中导致的塑性变形使得粗糙表面和光滑表面在磨损形貌上差异不大;一定范围内的法向载荷对接触边缘区域磨损影响较大,切向位移幅值的增加使得粗糙面磨损程度显著变大。

PE-UHMW配副多种医用合金的生物摩擦学性能

为探究“金属-超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)”承载组合的人工关节在体外的摩擦学性能,根据ASTM F732-2011标准,采用多种医用金属(316L不锈钢、钴基合金Stellite 21-S21和Stellite 22-S22)与PE-UHMW进行配副,利用“销-盘”摩擦试验机在牛血清润滑条件下进行了2百万次循环(Mc)磨损试验。同时,探讨了金属表面硬度与初始粗糙度对PE-UHMW磨损的潜在影响。PE-UHMW与S21,S22和316L配副的平均磨损因子分别为(1.33±0.19)×10^(-6),(1.36±0.16)×10^(-6)和(1.19±0.18)×10^(-6) mm^(3)/(N·m)。通过统计学对比分析,发现初始表面粗糙度与磨损率呈正相关系,而表面硬度的影响并不显著。PE-UHMW配副三种金属均存在多向划痕、鱼鳞状磨痕和磨屑粘着现象,这表明磨粒磨损、粘着磨损和三体磨损并存。金属表面仅发现少许划痕,未形成聚合物转移层。此外,从长期来看,钴基合金的硬度较大,表面粗糙度变化并不显著,有助于稳定聚合物的磨损。