基于TPMS单元的人工骨支架性能仿真分析

发布时间：2024-05-11 17:30

　　骨组织工程是治疗缺损骨组织的有效手段,其核心思想是通过与原骨组织各项性能相近的生物支架作为临时性替代物,辅助完成骨修复过程。但是骨重建周期较长,仅依赖体内试验进行相关研究会造成人力及物力的浪费。因此,通过数值模拟方法进行相关探究是很有意义的。本文通过数值仿真分析了三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS)作为生物支架晶胞时的各项性能,主要包括结构特性、生物力学性能、流体性能及降解和骨重建特性等方面。首先从TPMS中选取P单元和I-WP单元,通过参数化建模建立单元模型,通过三维建模软件(Geomagic)对单元进行建立,在此基础上完成了构型参数(s、k)及厚度对两单元孔隙率和比表面积的影响。在生物力学特性方面,研究了一定位移约束条件下,不同构型参数下的P单元和I-WP单元在轴向加载及切向加载下的弹性模量和剪切模量,并做了归一化处理,通过数据拟合进一步明确了两单元的归一化弹性模量和归一化剪切模量与体积分数间的关系,发现P单元的主要变形状态与构型参数的变化有很大联系。在流动性能方面,基于达西定律完成了不同构型参数下的P单元和I-WP单元的渗透...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-2骨组织微观形态

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2组织所处的动态环境，支架还必须要具备生物相容性和可降解性，且降解后无毒副作用[4][5]。1.2人工骨支架研究意义骨组织工程支架的相关研究是当前的研究热点。一方面，人工骨支架为骨细胞提供了附着、生长、繁殖的空间，并营养物质及代谢废物排出提供了微环境....

图1-3三种单胞模型构型C.k.Chua[7]等阐述了多面体组成单胞模型的思想，根据各种多面体间的组合，

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3张佳[6]提出了三种单胞模型：具开口状单胞、带小孔的板-杆单胞、带小孔的板单胞三种，对其力学和生物流体性能进行研究。探究了单胞弹性模量与孔隙率间的函数关系及单胞模型几何形状和尺寸对其力学性能的影响；并针对孔隙率值和比表面积对单胞模型比渗透率值的影响....

图1-4不同孔隙率的骨支架单元结构

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3张佳[6]提出了三种单胞模型：具开口状单胞、带小孔的板-杆单胞、带小孔的板单胞三种，对其力学和生物流体性能进行研究。探究了单胞弹性模量与孔隙率间的函数关系及单胞模型几何形状和尺寸对其力学性能的影响；并针对孔隙率值和比表面积对单胞模型比渗透率值的影响....

图1-5基于TPMS单元的支架结构及其力学和流体仿真

类似的支架。通过隐式周期曲面表达式探究了式中参数与单元结构特性的关系，并依据距离场对单元结构进行了拓扑优化。H.Montazerian等[13]利用三重周期最小表面(TPMS)设计多孔支架结构内部孔隙，对240个基于TPMS的单元库(由24个选定结构的10个体积分数组成)进行了数....

本文编号：3970188