便携式人体皮肤摩擦性能测试仪的研制

随着对人体皮肤摩擦学特性研究的展开,目前还没有适用的设备对脸颊?额头等不规则形状部位进行测试,本文研制了一种便携式的摩擦性能测试仪,并在不损害皮肤情况下进行人体皮肤摩擦性能测试,结果表明:该测试仪使用方便?性能可靠.在0.2 2N 的接触正压力和10 60nml/S 的滑行速度范围内,皮肤摩擦系数与施加的接触正压力及滑行速度无关.自然状态下,手背?手掌?前臂屈侧?前臂伸侧?前额部位皮肤摩擦系数在性别间的差距较小,但脸颊部位皮肤摩擦系数女性却远大于男性.护肤品处理后,各测试部位皮肤摩擦系数在性别间的差距都有所缩小.     

假肢接受腔-人体皮肤界面往复摩擦能量损耗的研究

利用万能材料试验机和多功能数据采集分析系统,在往复摩擦模式下模拟假肢接收腔-残肢皮肤穿戴界面,研究了不同切向力作用下两种常用的假肢接受腔材料与皮肤的摩擦能量损耗.结果表明:接受腔-皮肤界面往复摩擦过程中,随着切向力的增加,皮肤发生的弹性变形增大,皮肤摩擦前后的温差增加,摩擦过程中的能量损耗增大.接受腔材料表面结构直接影响着残疾人穿戴假肢的舒适性.相较于表面粗糙度较大的国内生产接受腔材料,表面粗糙度较小的进口接受腔材料降低了皮肤的摩擦能耗,减轻了皮肤的发热和变形,降低了皮肤损伤的风险,提高了与皮肤界面的适配性.     

不同性别人体皮肤摩擦不舒适度感知功能的研究

利用人体生理和心理反应反馈信号研究了不同性别人体前臂掌侧皮肤在不同法向加载摩擦条件下的不舒适度感知能力.试验在UMT-II多功能摩擦磨损试验机上进行,相应的生理反应信号:皮肤温度、电容以及脑电波利用NeXus-10生理反馈仪进行同步采集及定量分析;皮肤感知的心理信号借助于摩擦过程中受试者对疼痛、牵扯和灼热的感觉程度进行量化记分.结果表明:皮肤的摩擦系数在性别之间无显著性差异;女性皮肤的温度及电容普遍高于男性,但温度及电容在摩擦开始及结束时的差值在性别之间无显著性差异;女性脑电波幅值及高幅值波峰数大于男性;相应的女性在摩擦过程中不舒适的心理反应强于男性;所有受试者在摩擦过程中的不舒适感均随时间的延长及载荷的增大而增强.     

汗液对皮肤摩擦特性的影响研究

采用人工汗液模拟人体汗液,在连续和间歇式往复摩擦运动模式下研究汗液对正常人体皮肤、穿戴假肢皮肤以及残肢疤痕皮肤摩擦性能的影响,并模拟假肢穿戴环境研究汗液对皮肤摩擦舒适度的影响. 结果表明:在法向载荷为0.2 N和0.7 N的连续和间歇式往复摩擦运动模式下,汗液均通过改变皮肤表面的物理化学性能而对皮肤的摩擦行为产生影响;在汗液逐渐干燥的过程中,皮肤的摩擦行为从粘着向相对滑移状态转变,摩擦系数变化经历从小到大再减小、最后达到稳定的过程;在法向载荷为8.0 N、模拟假肢穿戴环境的连续式往复摩擦运动模式下,汗液环境中的正常小腿皮肤、穿戴假肢皮肤和残肢疤痕皮肤的摩擦系数均大于干燥环境.根据皮肤在摩擦过程中的疼痛感、牵扯感和灼热感等同时提出皮肤摩擦舒适度概念,与干燥的假肢穿戴环境相比,汗液均加强了不同皮肤的摩擦不舒适感.     

迷彩服织物与人体肘部皮肤摩擦特性研究

在往复摩擦模式下模拟迷彩服穿着环境,研究了5种不同迷彩服织物的表面结构、亲疏水性、接触力值以及干湿状态对皮肤摩擦特性的影响.结果表明:在法向载荷为1 N时,湿态下的环境增强了织物与皮肤间的黏着力,织物与皮肤在湿态下的摩擦系数均高于干态;当法向载荷增加到5 N时,界面间的干湿状态对织物与皮肤的摩擦系数无明显影响.在干态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的材质和针织结构有关,纯棉材质和斜纹结构的织物与皮肤的摩擦系数较小;在湿态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的亲疏水性有关,疏水性强的织物由于增强了皮肤的水合作用以及界面间的粘附力,因此增加了织物与皮肤的摩擦系数.质地较硬的平纹结构织物易造成摩擦后的皮肤表面粗糙,造成皮肤不同程度的角质层分离及表皮撕裂,增加了皮肤表面损伤的风险.     

性别和解剖部位对人体皮肤摩擦性能的影响

为了研究性别和解剖部位对人体皮肤的摩擦特性的影响,采用1种便携式皮肤摩擦测试仪测量了6个不同解剖部位的皮肤摩擦系数.结果表明:前额、前臂伸侧、前臂屈侧和手背的皮肤摩擦系数个体差异较小,而脸颊和手掌的皮肤摩擦系数个体差异较大.女性脸颊、手掌的皮肤摩擦系数大于男性(P0.05);女性前臂伸侧、前臂屈侧的皮肤摩擦系数小于男性(P0.05);前额、手背的皮肤摩擦系数不存在性别差异(P0.05).不同解剖部位之间的皮肤摩擦系数有显著差异(P0.05),无论男、女性,解剖部位按照摩擦系数大小排序一致为:脸颊手掌前额手背手臂屈侧手臂伸侧.试验提供了1种从摩擦学角度了解皮肤品质的方法.     

新型皮肤摩擦特性测量装置的实验研究

研制出新型皮肤摩擦特性测量装置并用于测量人及动物体内、外皮肤的摩擦特性,在不同试验参数下测定了皮肤与假肢接受腔材料之间的摩擦系数.结果表明:该装置法向加载精度高达99.59%;在相同试验条件下测得猪体外皮肤摩擦系数的重复性较好;在人体上、下肢不同部位,只有手掌部位皮肤与其它部位的摩擦系数有显著性差异(P＜0.005);在控制法向载荷和往复移动频率2种模式下得到兔体内皮肤摩擦系数的试验结果具有可比性,摩擦系数随着法向载荷的增加而降低,随着往复移动频率的增加而增大;用该装置摩擦前后其皮肤组织结构有明显变化.     

原子尺度摩擦研究进展

原子尺度摩擦问题是纳米摩擦学研究的重要组成部分,也是近年来备受关注的热点问题之一.原子尺度摩擦规律与宏观摩擦显著不同,涉及更为复杂的力学机理,受多种因素影响,呈现出许多特有的现象和特点.论文结合近年来无磨损原子尺度干摩擦领域的研究进展,简要介绍了现阶段原子尺度摩擦的主要研究手段和方法,概括了载荷、温度、相对速度以及表面特征等因素对摩擦规律的影响,归纳了原子尺度摩擦中特有的一些力学现象,并对未来该领域需要特别关注的问题做了初步展望.     

去角质化妆品对皮肤摩擦性能的影响研究

采用UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机,模拟洗脸的摩擦条件,考察了微粒大小、数量和硬度不同的3种磨砂洗面奶介质对不同性别人体皮肤摩擦特性的影响.结果表明：由于在往复摩擦条件下磨砂洗面奶去除了皮肤表面老化角质层,皮肤的表面粗糙度下降,皮肤的电导、水合作用、黏着力及摩擦系数增加;含有2种微粒大小、数量和硬度适中的B组洗面奶介质摩擦去除老化角质较多,皮肤后续对保湿化妆品的渗透效果较好;由于不同性别皮肤表面结构的差异,磨砂洗面奶对男性皮肤表面结构的影响较女性大.     

机织物与皮肤间摩擦特性的测试方法

为了便于研究织物与人体皮肤间的摩擦性能,作者模拟织物与皮肤的摩擦行为,在现有负荷-伸长测试仪的基础上,研制改造出一台用于测量织物与皮肤间摩擦特性的测试仪.实验发现,在同一组摩擦试验中,首次摩擦试验的曲线明显低于其后的摩擦曲线,而且动摩擦力的波动性较后者大.为保证该仪器的测量数据客观有效,进行了重现性和可比性对比试验,结果表明该仪器在相同测试条件下测得的摩擦信号重现性较好,不同织物和皮肤间的摩擦试验结果具有可比性.同时为了归纳出相对稳定的试验条件(如张力?摩擦速度?试样宽度),选择4种规格不同的机织物与皮肤进行对比试验, 根据摩擦信号的稳定性和实际测试条件, 推荐了常规机织物的基本测试参数, 其中张力为2N , 摩擦速度为5 0 0m m/ m i n , 试样宽度为1 0c m .     

摩擦偶件对单晶硅宏观摩擦磨损行为的影响

研究了单晶硅分别与Si3N4、红宝石及GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能.结果表明:单晶硅与不同偶件对摩时的摩擦系数均随着滑动速度的提高而降低;在相同试验条件下,单晶硅与GCr15钢对摩时的摩擦系数最高,这主要是由于单晶硅与GCr15钢中的过渡金属元素Fe具有很强的化学亲合势所致;而单晶硅与红宝石对摩时的磨损体积损失最大,与GCr15钢对摩时的磨损体积损失最小;低速下Si3N4和红宝石陶瓷偶件与单晶硅对摩时磨损表面存在大量的微断裂,随着滑动速度的增加其磨损表面逐渐变得较为光滑;GCr15钢与单晶硅对摩初期向单晶硅表面转移,在随后的摩擦过程中转移层因磨损而被去除,故单晶硅/GCr15钢磨损表面比其他2种摩擦副的磨损表面光滑.     

干摩擦下金属表面膜及其磨粒对摩擦行为及自生电势的影响

针对几种常用金属摩擦副,在球－盘式摩擦磨损试验机上考察了金属表面膜及其磨粒对其摩擦行为和表面自生电势的影响。结果表明,金属自身的表面膜对其摩擦行为及表面自生电势（SGV）均有明显的影响;而金属磨粒对摩擦行为及自生电势的影响程度取决于磨粒性质及摩擦副的粘附特性。     

电磁加热条件下皮肤组织的生物热力学行为

研究目的是开发一种数学方法来计算传热过程、热引起的力学响应以及相应的疼痛等级, 从而对临床上应用的各种加热疗法之间的差别进行定量评估. 采用基于有限差分法的数值模拟方法, 基于无限大和均匀化假设, 分析了各种热疗法中皮肤组织的温度、烧伤和热应力分布. 研究发现: 充血对热损伤的影响很小, 但对皮肤的温度分布影响很大, 而这又反过来显著影响由此产生的热应力场; 对于激光加热, 光波越短则峰值温度越高, 但峰值更接近皮肤表面温度; 激光和微波加热所产生的热应力集中于表皮顶层, 因为发热量沿皮肤深度方向呈指数衰减; 薄角质层(常常被忽略)对皮肤组织的热力学响应起主导作用.      

SUS304奥氏体不锈钢摩擦跑和阶段的摩擦表面层演变及其对摩擦行为的影响

跑合阶段材料的形变过程与组织变化对材料的摩擦行为有重要影响.试验以SUS304奥氏体不锈钢和WCCo硬质合金球为对摩副,采用50 N载荷进行干摩擦试验,对跑合初期磨痕表面粗糙度、氧含量、硬度、形貌、物相以及磨痕截面硬度等分布进行了观察与测量.结果显示:摩擦的最初4个周次,SUS304不锈钢表层发生剧烈的马氏体相变以及塑性变形,导致磨痕表面迅速粗化并生成磨屑,这对随后SUS304不锈钢跑合阶段的摩擦行为产生了重要影响.在后续的摩擦过程中,SUS304不锈钢表层和亚表层组织逐渐演化,形成较为稳定的结构,使得摩擦过程进入稳态.     

机械系统中摩擦模型的研究进展

摩擦现象在机械系统中的作用日益突出, 合理地解决机械系统中摩擦环节尤其是非线性摩擦环节的制约问题 已成为当前研究的重点. 由于摩擦的复杂性, 很难从机理上获得其准确唯一的数学模型, 迄今已提出的摩擦模 型有数十种. 鉴于目前机械系统中摩擦建模的发展状况, 首先描述了几种重要的摩擦现象, 如库仑摩擦、黏性 摩擦、Stribeck效应、预滑动摩擦、可变的静态摩擦力和摩擦记忆效应等. 其次, 系统地介绍了几种较为重要的、 常用的摩擦模型, 包括6种静态摩擦模型和7种动态摩擦模型, 并对每一种模型的构成, 特点和适用范围等 进行了较为详细地论述. 比较而言, 静态摩擦模型结构简单, 参数辨识容易, 但是无法描述摩擦的动态特性, 动态摩擦模型能够比较全面的描述摩擦现象, 但结构复杂, 参数辨识难度较大. 再次, 简要概述了摩擦建模 对机械系统动力学行为的影响, 以及在高精度定位系统的控制中的作用. 最后, 针对当前机械系统中摩擦建 模方面存在的一些不足提出了几点展望. 为今后摩擦模型的选用和新摩擦模型的建立提供了参考.     

车用摩擦材料的摩擦学研究进展

综述了当前有关摩擦材料的研究进展,重点论述了无机摩擦材料的摩擦学特点,指出了摩擦材料的几种不同磨损形式,提出了今后摩擦材料研究中几个值得重视的问题．     

人体头发的摩擦特性实验研究

采用微观摩擦磨损试验机对受损、干性和油性头发的摩擦系数及其发根和发稍的摩擦系数进行测试;通过扫描电子显微镜分析3种不同发质头发发根和发梢的表面形貌.结果表明:受损、干性和油性头发发根部位的平均摩擦系数分别为0.133、0.124和0.120,发梢部位的平均摩擦系数分别为0.151、0.138和0.136,摩擦系数从高到低依次为受损头发＞干性头发＞油性头发;受损头发的摩擦系数比自然头发高;干性头发和油性头发的摩擦系数相差不大;发根部位的摩擦系数比发稍部位低.头发品质和受损程度是头发摩擦特性差异的主要因素.     

蚊子口针刺破人体皮肤过程的数值模拟

利用扫描电子显微镜观察了蚊子口针的结构,根据实际结构建立蚊子口针端部模型,运用有限元软件ABAQUS对蚊子口针尖端刺入皮肤过程进行非线性有限元模拟,考虑不同皮肤层的力学性能,讨论了刺入过程中皮肤变形与破坏、刺入力等的变化规律,模拟过程与实际刺入实验基本相符.     

钢-聚四氟乙烯摩擦界面的摩擦起电行为

作为界面摩擦中普遍存在的一种物理现象,摩擦起电由于其对摩擦界面的高度灵敏性而被广泛研究. 以钢-聚四氟乙烯(PTFE)为研究对象,通过采集摩擦过程中的摩擦系数、钢球的接地电流以及PTFE的表面电势,对其摩擦界面的起电行为进行了详细研究. 三种信号的波动幅值呈正相关性,反映了摩擦-摩擦起电的内在联系. 在钢-PTFE的摩擦过程中,材料的转移诱导使得PTFE的表面电势在达到饱和值后会反向演化. 利用钢-PTFE摩擦副进入稳定摩擦阶段的时间与摩擦电势的反向演化时间的关联性设计钢-PTFE或其他金属-聚合物摩擦副的摩擦状态监测系统,对实现机械运动过程中的摩擦副运动原位监测和故障预警具有重要价值.      

电摩擦现象--电场对金属/陶瓷摩擦行为的影响

探讨了利用调节外加电场改变金属／陶瓷摩擦副摩擦行为的可行性及通过在线反馈控制外加电压的大小实现摩擦系数主动的控制的可能性。试验发现,在硬脂酸锌乳化液润滑条件下,施加数十伏的外加直流电压,由三氧化二铝、石英玻璃等陶瓷材料与钢、黄铜、不锈钢等构成的滑动摩擦副的摩擦系数发生显著变化,变化幅度与所加电压的大小、极性以及金属材料的种类有关。初步分析表明,发生这种电摩擦现象的原因在于摩擦副表面特别是金属表面吸