人工骨骼支架是骨缺損修復(fù)的一種人工移植骨骼材料,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)及尺寸對(duì)于引導(dǎo)骨骼和組織的再生有重要影響。當(dāng)前,人工骨骼支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著設(shè)計(jì)層次單一、支架性能有待提高等問(wèn)題,因此探明骨骼支架胞元孔隙形狀和結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)其力學(xué)性能、生物學(xué)性能的影響,結(jié)合3D打印技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究,為設(shè)計(jì)制造出更符合實(shí)際醫(yī)療要求的人工骨骼支架結(jié)構(gòu)提供理論基礎(chǔ)。本文在分析人工骨骼支架實(shí)際功能要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,主要從滿足骨骼支架的力學(xué)性能和生物學(xué)性能這兩方面來(lái)考慮骨骼支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先,通過(guò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)、形狀設(shè)計(jì)得到人工骨骼支架的胞元結(jié)構(gòu);然后,分析胞元孔隙形狀和結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)力學(xué)性能、生物學(xué)性能的影響,得到其壓縮應(yīng)力、滲透率分別與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系;再結(jié)合改進(jìn)的粒子群算法得到骨骼支架的胞元結(jié)構(gòu)尺寸;最后,根據(jù)人體股骨中段外部輪廓和內(nèi)部孔隙胞元建立人工骨骼支架三維模型,利用SLA打印機(jī)實(shí)現(xiàn)制造,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證所制人工骨骼支架滿足實(shí)際功能要求。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、分析人工骨骼支架的具體實(shí)際功能要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),確定骨骼支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求為合適的力學(xué)性能（力學(xué)壓縮性能）及生物學(xué)性能（孔隙連通性、生物滲透性）,... 

【文章來(lái)源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１椎骨Ｍｉｃｒｏ－ＣＴ文件掃描重建后的椎骨結(jié)構(gòu)??

外表面向內(nèi)的應(yīng)力。根據(jù)人工骨骼支架胞元在拓?fù)湓O(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要得到滿足??孔隙連通性要求且力學(xué)壓縮性能優(yōu)的胞元結(jié)構(gòu)形狀。在兩種載荷工況下設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)置為??胞元?jiǎng)偠茸畲螅s束目標(biāo)設(shè)置為質(zhì)量保留百分比的多少。拓?fù)湓O(shè)計(jì)的工作流程如圖２－２??所示。??▼?：??Ａ??▼?Ｂ?▼?Ｃ??１１＾３１?１ＩＳＥ?１?ＥＥ??２?？?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｄａｔａ?Ｖ?Ａ?■?２?＾?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｄａｔａ?Ａ?２?？?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｄａｔａ?Ｖ?Ａ??３?＾?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?＞／?Ａ＇?■?３?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?Ｖ?Ａ?＾?３?＾?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?Ｖ?▲??４?？?Ｍｏｄｅｌ?ｖ／?Ａ?１４?？?Ｍｏｄｅｌ?Ｖ?▲?／?４?＿?Ｍｏｄｅｌ?Ｊ?▲??５?Ｓｅｔｕｐ?Ｖ?Ａ?５?（Ｊｊ?Ｓｅｔｕｐ?Ｖ?Ａ?ｊ?５?（Ｊｊ?Ｓｅｔｕｐ?Ｖ?▲??６?（ｊｊ?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｙ?Ａ?＿６?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?＞／?Ａ?／?６?嘯?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?＞／?Ａ??７?Ｒｅｓｕｌｔｓ?Ｖ?▲?７?＾?Ｒｅｓｕｌｔｓ?Ｖ?７?Ｒｅｓｕｌｔｓ?Ｖ?▲??Ｓｔａｔｉｃ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?Ｔｏｐｏｌｏｇｙ?Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ?Ｓｔａｔｉｃ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ??圖２－２拓?fù)湓O(shè)計(jì)工作流程??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｆｌｏｗ?ｏｆ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｄｅｓｉｇｎ??在對(duì)胞元初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)湓O(shè)計(jì)前，通過(guò)設(shè)置材料屬性、劃分實(shí)體網(wǎng)格、確定拓?fù)??設(shè)計(jì)區(qū)域并施加載荷三個(gè)步驟進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計(jì)前分析。拓?fù)湓O(shè)計(jì)分析前的網(wǎng)格劃分、?

前處理會(huì)導(dǎo)致拓?fù)湓O(shè)計(jì)無(wú)法順利完成。在拓?fù)湓O(shè)計(jì)前，對(duì)兩種載荷工況下的正六面體結(jié)??構(gòu)進(jìn)行受力分析，兩種載荷工況下施加的載荷、約束條件及ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力分布分別如??圖２－３、２－４所示。??（ａ）載荷、約束條件?（ｂ）?ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力圖??圖２－３載荷工況（１）下的載荷、約束條件及ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力圖??Ｆｉｇ．?２－３?Ｌｏａｄ，?ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ａｎｄ?ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉａｇｒａｍ?ｕｎｄｅｒ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ?（１）??￣?＾＾ｈＨｈ?ｍｍｍ??—湖?Ｔｉ?丨丨?１?撕一??ｏ．ｒ？?ｏｊｍ?Ｏ．ｉｍ??（ａ）載荷、約束條件?（ｂ）?ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力圖??圖２４載荷工況（２）下的載荷、約束條件及ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力圖??Ｆｉｇ．?２－４?Ｌｏａｄ，?ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ａｎｄ?ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉａｇｒａｍ?ｕｎｄｅｒ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ?（２）??在拓?fù)湓O(shè)計(jì)階段將約束目標(biāo)設(shè)置為１０％，?２０％，３０％，４０％，?５０％，?６０％，?７０％，?８０％??的質(zhì)量保留百分比。拓?fù)湓O(shè)計(jì)解與常規(guī)解一樣使用ＡＮＳＹＳ求解器進(jìn)行有限元求解，利??用分布式求解來(lái)加快求解過(guò)程，經(jīng)過(guò)多次迭代后得到拓?fù)湓O(shè)計(jì)的收斂圖形，兩種載荷工??況在不同質(zhì)量保留百分比下的拓?fù)鋬?yōu)化后結(jié)構(gòu)分別如圖２－５、２－６所示。??１６??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3209148