分形骨支架力学特性与渗透特性的数值研究

发布时间：2021-02-15 11:20

　　目的:传统修复骨损伤的手段有诸多弊端,比如:自体骨移植的资源有限,异体骨移植的材料易产生免疫排斥。新兴的组织工程学为骨组织的修复提供了一种有效的方法,作为骨组织工程中重要的因素之一,骨支架的设计尤为重要。优良的支架结构需要具备合适的几何学（孔隙率、孔尺寸等）、物理学（力学、渗透等）性能及生物学性能,以便能提供和天然骨组织相匹配的孔隙率、力学强度和渗透系数、物质传输能力以及为细胞增殖、分化和迁移等活动提供适宜的生物内环境。天然骨组织是复杂的多孔各向异性结构,具备一定的自相似性。这种复杂的骨结构形态难以利用传统欧式几何来描述,但基于分形的非欧几何常被用来描述不规则多孔结构的几何学特性,至此,本文构造一种具有一定自相似特性的分级支架,计算了该支架的分形维度,并研究了支架的分形维度与力学特性和渗透特性关系。方法:首先,通过控制结构各向异性系数和一级结构孔尺寸分别构造一级（3组）和二级（3组）具有横向各向同性的支架,并利用复杂多孔介质分形维度的计算方法计算结构的分形维度。其次,使用ABAQUS商业有限元软件对支架结构的力学特性进行数值研究,基于结构力学的知识,得到结构弹性模量和屈服强度的各向异性... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 天然骨组织
        1.2.2 支架结构的设计
    1.3 研究内容
    1.4 组织结构
第二章 分形理论与分形支架结构的构造
    2.1 分形理论
        2.1.1 分形的出现
        2.1.2 分形的概念
        2.1.3 分形维度的计算方法
        2.1.4 分形的应用
    2.2 分形骨支架的构造
        2.2.1 支架构造方法
        2.2.2 支架结构的分形维度
    2.3 本章小结
第三章 支架力学特性的数值模拟
    3.1 力学基本概念
        3.1.1 骨应力应变曲线
        3.1.2 各向异性度
    3.2 数值模型
        3.2.1 材料属性
        3.2.2 加载条件
        3.2.3 网格单元划分
        3.2.4 结构弹性模量和屈服强度的计算
    3.3 结果
        3.3.1 应力云图
        3.3.2 结构弹性模量
        3.3.3 屈服强度
    3.4 讨论
    3.5 本章小结
第四章 支架渗透系数的数值分析
    4.1 渗流理论
    4.2 数值模型
        4.2.1 几何模型与边界条件
        4.2.2 网格单元划分
    4.3 结果
        4.3.1 流场分析
        4.3.2 渗透系数
    4.4 讨论
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]承力骨支架微孔结构设计及力学特性有限元分析[J]. 杨立军,张佳,王哲,闫程程.  机械设计与制造. 2017(07)
[2]五种松质骨理化性质的比较[J]. 高寰宇,李彦林,肖渝,李龙滕,王国梁.  中国组织工程研究. 2016(42)
[3]骨组织3D打印:骨再生的未来[J]. 郑扬,李危石,刘忠军.  北京大学学报(医学版). 2015(02)
[4]基于Micro-CT不同多孔结构陶瓷支架的建模及其贯通性与液流分布分析[J]. 罗品风,智伟,张静微,匙峰,段可,汪建新,鲁雄,翁杰.  无机材料学报. 2015(01)
[5]有限元分析在骨支架设计中的应用[J]. 姚远,俞永伟,王家伟,郭俊,钱懿.  机械设计与制造. 2011(08)
[6]新型人工骨支架结构及其功能[J]. 连芩,李涤尘,张永睿.  机械工程学报. 2006(01)
[7]分形理论及其发展历程[J]. 李后强,汪富泉.  自然辩证法研究. 1992(11)



本文编号：3034752