基于形状记忆聚合物的自适应骨折固定装置研究

发布时间：2017-10-27 13:20

  本文关键词：基于形状记忆聚合物的自适应骨折固定装置研究

  更多相关文章： 形状记忆聚合物 热粘弹性 本构理论 自适应 骨折固定装置 有限元

【摘要】：形状记忆聚合物及其复合材料作为一种新型的智能高分子材料,能够感受外界的刺激,并在相应的刺激下做出反应。与普通材料相比,形状记忆聚合物集合了传感器、控制器、驱动器的功能,能够主动变形,在航空航天、医疗应用方面具有很大的前景。本文形状记忆聚合物骨折固定装置的研究立足于形状记忆聚合物的主动变形功能,从实验方面与理论方面对该装置的应用进行了验证。首先通过力学实验研究其力学性能,得到材料参数;其次建立热粘弹性本构方程,模拟形状记忆聚合物的形状记忆行为。通过二者的对比,验证理论模型的有效性,并解释其变形机理,为形状记忆聚合物在骨折固定方面的应用提供了理论支撑和实验支撑。本文研究内容如下:(1)通过热机械分析表征形状记忆聚合物的动态力学性能,通过拉伸实验,松弛实验,蠕变实验表征形状记忆聚合物的静态力学性能,利用时温等效方程处理实验数据,得到形状记忆聚合物的材料参数。通过形状记忆聚合物的循环加载、卸载实验,研究形状记忆聚合物的循环载荷作用下的力学性能变化;通过形状记忆聚合物的形状记忆循环实验,研究形状记忆聚合物骨折固定装置的形状记忆行为;(2)修正形状记忆聚合物的粘弹性本构方程,本文利用Prony级数形式的本构方程,采用递归算法将其编译到UMAT子程序中,并导入到ABAQUS软件中研究形状记忆聚合物的形状记忆行为,通过仿真结果与实验结果的对比,验证数值模拟结果的有效性;(3)设计基于形状记忆聚合物的自适应骨折固定装置结构,通过该结构的缩比模型的单轴拉伸实验,三点弯实验,分析该结构拉伸模量,抗弯模量,并测量该结构的拉伸回复力、弯曲回复力,为骨折固定装置提供数据支撑。通过体外功能实验,研究其固定效果,及其拆卸再固定,自适应特征,验证基于形状记忆聚合物骨折固定装置的可行性。
【关键词】：形状记忆聚合物 热粘弹性 本构理论 自适应 骨折固定装置 有限元
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R683;R318.08
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 形状记忆聚合物及生物领域应用现状9-16
• 1.2.1 形状记忆聚合物9-11
• 1.2.2 形状记忆聚合物复合材料11
• 1.2.3 形状记忆聚合物驱动方法11-13
• 1.2.4 形状记忆聚合物及其复合材料的生物领域应用现状13-16
• 1.3 形状记忆聚合物本构理论研究现状16-19
• 1.4 本文主要研究内容19-22
• 1.4.1 形状记忆聚合物基本力学性能表征20
• 1.4.2 骨骼固定装置结构有限元模拟20
• 1.4.3 骨折固定装置的研制和测试20-22
• 第2章 形状记忆聚合物力学性能分析22-41
• 2.1 引言22
• 2.2 形状记忆聚合物力学性能表征22-36
• 2.2.1 动态热机械分析22-23
• 2.2.2 形状记忆聚合物的拉伸实验23-26
• 2.2.3 形状记忆聚合物的率相关实验26
• 2.2.4 形状记忆聚合物的松弛实验26-28
• 2.2.5 形状记忆聚合物的蠕变实验28-29
• 2.2.6 形状记忆聚合物的循环加载-卸载实验29-36
• 2.3 形状记忆聚合物的形状记忆行为研究36-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第3章 形状记忆聚合物本构理论及仿真41-55
• 3.1 引言41
• 3.2 形状记忆聚合物的本构理论研究41-45
• 3.2.1 粘弹性概述41
• 3.2.2 松弛和蠕变41-42
• 3.2.3 时间-温度等效原理42-43
• 3.2.4 形状记忆聚合物的非线性本构方程43-45
• 3.2.5 形状记忆聚合物的非线性本构的数值实现45
• 3.3 形状记忆聚合物的形状记忆过程仿真45-51
• 3.4 形状记忆聚合物仿真结果与实验结果对比51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 基于形状记忆聚合物的骨折固定装置55-76
• 4.1 引言55
• 4.2 套筒式骨折固定装置55-56
• 4.3 骨定板式骨折固定装置56-75
• 4.3.1 中指骨折固定装置57-58
• 4.3.2 小臂骨折固定装置58-75
• 4.4 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其其他成果83-85
• 致谢85

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本文编号：1103660