仿生硬骨支架微孔结构设计及性能分析

发布时间：2021-05-25 19:29

　　骨组织工程是治疗硬骨缺损的一种重要方法。该方法需要制造出与缺损部位匹配的可降解人工骨支架模型,并植入人体的骨缺损部位。人工骨支架在体内降解的同时,人体生长新的骨组织,最终实现骨缺损的修复。本文编写了微孔结构自动建模程序,能够对孔隙率的空间分布进行调控,并研究骨支架的孔隙率、孔径、比表面积、力学性能、渗透性能之间的关联。骨支架的孔隙率分布取决于骨缺损部位,因此本文编写微孔结构自动建模程序建立孔隙率可控的模型。对Schwarz P、Diamond和Gyroid三种曲面,分别用单侧填充法和双侧偏移法建立了6种实体模型。引入曲面偏移距离作为设计参数,建立孔隙率与偏移距离之间的关系,实现孔隙率的精确调节。研究最小孔径、比表面积与孔隙率之间的关系。对骨支架进行力学性能分析和降解性能分析。通过仿真建立微孔结构的等效弹性模量和等效剪切模量与孔隙率之间的关系,结果表明,抗拉压能力与抗剪能力不可兼得。研究6结构的对称性,利用坐标变换得出Schwarz P、Diamond和Gyroid结构独立的弹性常数分别有3个、6个和7个。通过仿真计算弹性常数,结果表明结构的拉-剪耦合和剪-剪耦合程度很小。利用坐标变换计... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的来源与背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 骨骼支架材料
        1.2.2 孔隙结构设计方法
        1.2.3 骨支架成型工艺
        1.2.4 国内外文献综述的简析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 仿生骨支架结构建模及参数研究
    2.1 骨支架微孔结构设计
    2.2 骨支架微孔结构参数化建模
        2.2.1 曲面三角剖分
        2.2.2 曲面生成实体
    2.3 微孔结构参数研究
        2.3.1 偏移距离取值范围
        2.3.2 孔隙率
        2.3.3 最小孔径
        2.3.4 比表面积
    2.4 本章小结
第3章 骨支架力学和降解性能分析
    3.1 骨支架的刚度分析
        3.1.1 等效弹性模量分析
        3.1.2 等效剪切模量分析
    3.2 骨支架各向异性力学分析
        3.2.1 弹性常数的坐标变换
        3.2.2 微孔结构对称性分析
        3.2.3 各向异性仿真及结果
    3.3 骨支架降解性能分析
        3.3.1 材料降解模型
        3.3.2 支架降解仿真分析
        3.3.4 降解过程中的力学性能
    3.4 本章小结
第4章 骨支架渗透性能分析
    4.1 骨支架孔隙域研究
    4.2 晶胞渗透性仿真分析
    4.3 骨支架宏观结构渗透性分析
        4.3.1 骨支架渗流模型
        4.3.2 渗透系数各向异性分析
        4.3.3 骨支架渗流分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TPMS建模方法进行仿生骨支架结构设计[J]. 石张傲,周鑫.  机械. 2020(03)
[2]组织工程学中骨修复材料的研究热点与进展[J]. 魏晨旭,何怡文,王聃,侯婧霞,谢辉,殷放宙,陈志鹏,李伟东.  中国组织工程研究. 2020(10)
[3]纳米羟基磷灰石复合物治疗骨缺损的研究进展[J]. 孙浩远,宋科官.  中国骨科临床与基础研究杂志. 2019(05)
[4]骨组织工程多孔生物支架设计研究进展[J]. 屈华伟,韩振宇,卓越,富宏亚.  机械工程学报. 2019(15)
[5]骨缺损修复方法的研究进展[J]. 宁钰,赵红斌.  世界最新医学信息文摘. 2019(50)
[6]基于体素和三周期极小曲面的骨支架多孔结构设计[J]. 张壮雅,赵珂,李跃松,段明德.  计算机集成制造系统. 2020(03)
[7]具有形状记忆效应的仿生复合纳米纤维的制备与性能评价[J]. 周颖,王先流,易兵成,余哲泡,杨上莹,沈炎冰,张彦中.  高等学校化学学报. 2018(07)
[8]增材制造可降解人工骨的研究进展——从外形定制到性能定制[J]. 邵惠锋,贺永,傅建中.  浙江大学学报(工学版). 2018(06)
[9]3D打印Ti6Al4V钛合金支架的力学性能及生物相容性[J]. 刘畅,王辰宇,刘贺,王中汉,林高用.  中国有色金属学报. 2018(04)
[10]三维打印羟基磷灰石晶须增强复合骨修复支架[J]. 辛晨,齐鑫,朱敏,赵世昌,朱钰方.  无机材料学报. 2017(08)



本文编号：3205883