近年来,研究者对如何提高人工髋关节摩擦学特性进行了大量的研究,表面织构的发展也对此起到了很大的促进作用。经过长期的进化,甲虫鞘翅具有独特非光滑结构,研究表明,其在减摩、润滑方面性能优异,因此逐渐开始应用于人工髋关节。本文利用超景深显微镜对鞘翅表面进行了观测,发现不同鞘翅表面具有不同的形态结构,主要包括刻点、多边形“鳞片状”结构、“眼状”凹坑以及分布广泛的微小凹坑结构,并从中提取了圆形凹坑结构和正六边形凸起结构作为研究对象。本文利用Matlab编程的方法,建立了平面对磨条件下流体动压润滑的理论模型,通过研究两种织构作用下油膜压力的分布情况,发现两种织构均能产生一定的油膜承载力,而圆形凹坑织构的摩擦系数小于正六边形凸起织构。本文通过微细制造加工技术,经过抛光、光刻、电铸工艺分别制作出具有圆形凹坑、正六边形凸起结构的转印模板,然后通过热压转印工艺,将织构形貌复制到超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)上。圆形凹坑织构的具体参数为:直径约为100μm,深度约为5μm,面积率10.4%;六边形表面织构的参数为:边长约为55μm,高度约为5μm,面积率为10.4%。本文分别对三种试样进行球面对磨形式的摩擦学试验,以多次实验的摩擦系数平均值作为判断依据,并结合理论研究结果,确定了圆形凹坑织构为最佳设计方案。本文建立了人工髋关节球面弹流润滑模型,利用多重网格法进行数值求解,分析了在无织构条件下的润滑膜压力的分布以及最小膜厚值,并通过经验公式对球窝模型下的最小油膜厚度进行了预测,经过与相关文献的研究结果进行对比验证了本文算法的正确性。