兩種動物硬質(zhì)鱗片的切向及沖擊磨損行為研究.pdf

1、生物經(jīng)過自然界的優(yōu)勝劣汰和進化，天然生物材料更是具備著無可比擬的優(yōu)越性。穿山甲鱗片和烏龜殼都具有堅硬的特性，能夠保護內(nèi)部軟組織不受傷害。研究天然生物材料的力學等性能，對仿生材料的設(shè)計提供了可靠的實驗依據(jù)，具有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文利用物理化學分析設(shè)備X衍射光譜、紅外光譜、DMA、硬度儀、掃描電子顯微鏡對穿山甲鱗片和烏龜殼進行表征;通過拉伸、三點彎曲、切向磨損和沖擊磨損實驗考察了不同浸泡時間鱗片和龜殼試樣的力學性能、切向磨損和沖

2、擊磨損性能;通過光學顯微鏡、三維輪廓儀、掃描電子顯微鏡等材料學檢測手段對磨痕進行分析，討論了在各項實驗中水對試樣的作用。主要結(jié)論如下:
　　1.研究了水浸泡時間對穿山甲鱗片和烏龜殼試樣力學性能的影。隨著試樣含水量的增加，試樣的拉伸強度降低。未浸泡試樣的拉伸強度最大，穿山甲鱗片試樣的最大拉伸強度為81.6MPa，最小值為60.2MPa。龜殼試樣的最大拉伸強度為23.4MPa，最小強度為13MPa。在三點彎曲實驗中，隨著試樣含水量的增

3、加，試樣的最大彎曲側(cè)向力逐漸降低，并且經(jīng)水浸泡的試樣在側(cè)向力達到最大值時，仍處于抵抗斷裂狀態(tài)，未斷裂。穿山甲鱗片試樣的最大彎曲側(cè)向力為117N，而最小彎曲側(cè)向力為60N。龜殼試樣最大彎曲側(cè)向力為7.9N，最小為3.8N，最大值比最小值高一倍。
　　2.對水浸泡條件不同試樣進行切向磨損實驗，水浸沒環(huán)境時，穿山甲鱗片試樣的摩擦系數(shù)最小，磨損較輕。而改變穿山甲鱗片紋路與上試樣移動方向的角度，摩擦系數(shù)和磨損都存在差異。當運動方向與紋路為9

4、0°時，其摩擦系數(shù)及磨損都是最小，而角度為45°時最大。根據(jù)不同浸泡條件烏龜殼試樣的切向磨損實驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，當上試樣移動速度相同時，水浸沒條件下試樣的摩擦系數(shù)最低，未浸泡試樣摩擦系數(shù)最高，而在1400s后，摩擦系數(shù)最低的為浸泡24小時的試樣，而在相同環(huán)境下，上試樣運動速度越大，摩擦系數(shù)越高，磨損越嚴重。
　　3.針對水浸泡時間不同的穿山甲鱗片和烏龜殼進行沖擊磨損實驗，在相同的沖擊循環(huán)下，隨著試樣浸泡時間的增加，兩種材料的峰值接