基于有限元法的骨组织工程支架结构力学性能优化分析

发布时间：2017-08-12 10:20

  本文关键词：基于有限元法的骨组织工程支架结构力学性能优化分析

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【摘要】：目的分析骨组织工程支架微孔参数对支架力学性能的影响,为支架微孔结构的优化设计提供参考依据。方法利用ANYSY软件建立支架微孔结构有限元模型,计算最大等效应力、最大总变形与孔隙率的关系,并分析比较不同孔径、孔间距结构对支架最大等效应力、最大总变形、内部应变的影响。结果 x、y轴方向孔间距的影响规律一致,随着孔间距从0.6 mm增加到2.0 mm,最大等效应力从63.1 MPa减小到46.3 MPa,最大总变形从23.8μm减小到21.8μm,最佳应变比从80%增大到84%;但随着z轴方向孔间距的增大,最大等效应力从38.3 MPa增大到47.8 MPa,最大总变形从20.8μm增大到22.8μm,最佳应变比在82%~85%波动。x,y轴方向孔径从0.1 mm增加到1.0 mm时,最大等效应力从32.4 MPa增大到78.4 MPa,最大总变形从19.9μm增大到38.2μm,最佳应变比从90%减小到53%;z轴方向孔径的增大会引起支架的最大等效应力从58.8 MPa减小到37.9 MPa,而最大总变形从23.3μm增大到25.9μm,最佳应变比从82%增大到87%。结论支架孔隙率和最佳应变比越大,最大等效应力、最大总变形越小,支架生物性能和力学性能越好。研究结果对支架的结构设计和优化具有参考价值。
【作者单位】： 新疆大学机械工程学院;兰州军区乌鲁木齐总医院全军骨科中心;
【关键词】： 骨组织工程 支架 微孔结构 力学性能 有限元分析
【基金】：国家自然科学基金项目(51165044,31360229) 全军医学科研“十二五”面上课题(CWS11J011) 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室开放课题(Sklms2012001)
【分类号】：R318.08
【正文快照】： 骨组织工程是20世纪80年代提出的一门交叉学科,其基本方法是将支架材料作为生长因子和细胞的载体来诱导成骨。支架的结构不但会影响细胞的生存、生长、增殖和重组,而且还会影响细胞的形态和基因表达[1-2]。而支架的这些作用多是依靠其内部的微孔才能够完成,故骨组织工程支架的

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本文编号：661097