抽油泵柱塞仿生六边形织构表面摩擦和润滑性能研究

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1、分类号：TB17单位代码：10183研究生学号：2014451027密级：公开吉林大学博士学位论文基于抽油泵柱塞的仿生六边形织构表面摩擦和润滑性能研究InvestigationontheFrictionandLubricationPropertiesofBionicHexagonal-TexturedSurfaceforPumpjackPlunger作者姓名：郑龙专业：仿生科学与工程研究方向：机械仿生科学与工程指导教师：任露泉教授培养单位：生物与农业工程学院2018年06月未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得

2、对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士

3、学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：仿生科学与工程论文题目：抽油泵柱塞仿生六边形织构表面摩擦和润滑性能研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：作者电子邮箱：作者联系电话：——————————————————————————————————抽油泵柱塞仿生六边形织构

4、表面摩擦和润滑性能研究——————————————————————————————InvestigationontheFrictionandLubricationPropertiesofBionicHexagonal-TexturedSurfaceforPumpjackPlunger———————————————————————————作者姓名：郑龙专业名称：仿生科学与工程研究方向：机械仿生科学与工程指导教师：任露泉教授学位类别：工学博士培养单位：生物与农业工程学院论文答辩日期：2018年6月5日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席刘喜明教

5、授长春工业大学委员殷敬华研究员中科院长春应化所韩志武教授吉林大学张志辉教授吉林大学刘燕教授吉林大学摘要论文题目：抽油泵柱塞仿生六边形织构表面摩擦和润滑性能研究专业名称：仿生科学与工程指导教师：任露泉教授；刘镇宁教授摘要石油作为一种不可再生的自然资源，具有重要的经济价值和战略意义。当前石油开采方式以机械采油为主，而有杆抽油泵仍是我国主要的机械采油工具，其中抽油泵柱塞是有杆抽油泵总成的核心零件。而柱塞运动过程当中的摩擦阻力，在多种环境因素作用下，将引起柱塞表面磨损失效，影响油田产量及经济效益。如何延长柱塞的使用寿命，提高抽油泵的工作效率仍是机械采油急需解决的主要问

6、题之一。为适应沙漠中长时间受沙粒磨损的生活环境，东方沙蚺进化出具有优异摩擦学性能的体表鳞片。研究东方沙蚺体表鳞片减阻耐磨生物机理可为减阻耐磨抽油泵柱塞表面的设计提供仿生学依据。本文针对抽油泵柱塞运动过程中存在摩擦阻力大且表面磨损严重的问题，以东方沙蚺为生物模本，研究了东方沙蚺体表鳞片减阻和耐磨原理，借鉴六边形鳞片形貌特征，开展了仿生六边形织构表面摩擦和润滑性能研究。本文使用显微镜、仿真模拟、纳米压痕仪和纳米摩擦仪，对宏观及微观尺度下的东方沙蚺体表鳞片表面形貌特征及材料力学性能进行了测试与分析，探讨了东方沙蚺体表鳞片减阻耐磨生物机理。结果表明，东方沙蚺体表由六边

7、形鳞片织构所覆盖，单个鳞片表面具有微米级鳞片和纳米级凹坑的非光滑复合结构，鳞片内部为弹性模量/硬度连续变化的梯度材料且具有摩擦各向异性特点。相比背部和侧部鳞片，腹部鳞片具有较低的表面粗糙度和较高的弹性模量/硬度及较大的摩擦系数。分析表明，蛇体表鳞片复合形貌特征与梯度材料之间的耦合作用具有提高鳞片表面减阻耐磨性能的作用。本文借鉴鳞片六边形织构形貌特征及梯度材料，利用激光淬火技术，设计并制备出多元耦合仿生试样，探究了耦合仿生效应对试样表面干摩擦性能的影响。结果表明，多元耦合仿生试样表面的沟槽具有减小接触面积、分散表面应力、存I吉林大学博士学位论文储磨屑、降低二次磨

8、损的作用。而且试样表层硬度梯度可缓解摩