基于水平集的人工膝關節(jié)磨粒流加工流場分析與實驗研究
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23;TG66;R318.17
【圖文】：
的來源文結合以下項目展開設計研究工作：鈦合金人工關節(jié)曲面局部覆蓋約束式磨粒流湍流精密加工新方法（ 編號：51575493）人工關節(jié)湍流加工中的復雜曲面縫隙切削機理與調控方法（浙江省：LY15E050020）的背景與意義關節(jié)是一種植入人體代替人骨使關節(jié)保持原有功能的人造器官。對于療的骨關節(jié)疾病比如關節(jié)過度磨損導致的關節(jié)疼痛等，從某種程度而是一種效果很好的治療方法。在現(xiàn)代，人工關節(jié)置換手術已經是一種常來說，手術后病人能像正常人一樣行動，比如出去旅游、購物、等，長期受關節(jié)病痛折磨的人能因此重獲新生。
從而嚴重威脅人體的生命健康安全。目前，人工關節(jié)最常用的金屬材料為鈦合金。鈦合金材料不僅生物相容性較好，耐腐蝕，而且密度低，彈性模量與骨骼接近，機械強度高，是理想的人工關節(jié)材料。人工關節(jié)的形狀可以通過鑄造、鍛造和熱等靜壓等方法得到，然而鈦合金人工關節(jié)假體成型后并不能直接植入人體，還需要經過打磨、拋光等一系列后續(xù)工藝處理。人工關節(jié)表面質量決定了表面摩擦性質，粗糙度越大，表面微凸體發(fā)生接觸幾率增大，導致粘著磨損增大[2]。相關研究[3-6]表明，人工關節(jié)的磨損顆粒不僅會威脅人體健康，還會刺激人體內的巨噬細胞和成纖維細胞，這些細胞會釋放出造成骨溶解的因子，使人工關節(jié)出現(xiàn)無菌性松動，不得不重新更換關節(jié)假體。這種無菌性松動與關節(jié)表面磨損脫落的顆粒的各種理化性質有關，比如顆粒形貌、顆粒類型、顆粒數(shù)量等。還有一些研究報告指出，在鈦合金人工關節(jié)表面與骨骼摩擦磨損等過程中，人工關節(jié)表面會釋放出很多有毒的金屬離子對身體內各個器官造成一定程度的傷害。因此人們對人工關節(jié)表面拋光質量具有較高的要求。
(a)正常組織結構 (b)燒傷組織結構圖 1-3 鈦合金磨削燒傷組織結構對比[9]針對這種表面質量需求比較高但構造卻比較復雜的零部件，人們提出了很多加工方法：比如射流拋光技術[10]、磨料流加工[11]、磁流變加工[12]等。這些加工有優(yōu)缺點：比如射流拋光技術是用混有細小磨粒的高速流體沖擊工件表面，其中射的壓力、角度、噴射時間等因素直接影響待加工表面的加工紋理，這種加工流比較復雜，加工參數(shù)不易確定；磨料流拋光加工與射流拋光加工有些相似，但其流動載體多為粘度較大的流體，加工過程封閉，磨屑不易排出，容易對零件表面?zhèn)�；磁流變加工主要適宜加工一些凸形零件的表面，很難加工凹形曲面和零件的內同時目前磁流變拋光技術的加工范圍比較局限，只適用于一些口徑較小、并且陡的工件中。
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