本文研究ZrO₂/HA（二氧化鋯/羥基磷灰石復(fù)合材料）、ZrO₂/β-TCP（二氧化鋯/β-磷酸三鈣復(fù)合材料）骨替代材料的力學(xué)性能和n-HA/PA66（納米羥基磷灰石/聚酰胺66復(fù)合材料）、ZrO₂/HA、ZrO₂/β-TCP三種骨替代材料在骨折股骨的運用上的力學(xué)特性分析,為骨折股骨治療提供了力學(xué)參考。本文運用Mori-Tanaka方法研究ZrO₂/HA和ZrO₂/β-TCP復(fù)合材料的力學(xué)性能,分析ZrO₂體積分?jǐn)?shù)對基體材料的體積模量的影響。運用ANSYS的APDL參數(shù)化編程建立ZrO₂/HA和ZrO₂/β-TCP復(fù)合材料的代表體單元,研究分析不同ZrO₂體積分?jǐn)?shù)下的復(fù)合材料的變形、應(yīng)力分布情況,研究ZrO₂對HA和β-TCP基體材料的彈性模量和泊松比的影響。制定了3D光固化打印方案,以及燒結(jié)方案,分HA基體材料的粒徑為納米、微米,制備了兩種ZrO... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

生物陶瓷人工骨圖1-1為生物陶瓷人工骨，當(dāng)前，我國的市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多種生物替代材料產(chǎn)

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-12-（a）ZrO2體積分?jǐn)?shù)5.0%（b）ZrO2體積分?jǐn)?shù)7.5%（c）ZrO2體積分?jǐn)?shù)10.0%（d）ZrO2體積分?jǐn)?shù)15.0%圖2-1不同ZrO2體積分?jǐn)?shù)的隨機填充模型如圖3-1所示，（a）（b）（c）（d）分別為ZrO2體積分?jǐn)?shù)為5.0%、7.5%、10%、15%的ZrO2顆粒模型，由于本文的模型數(shù)量較多，就不全部展示出來了，為了體現(xiàn)RVE模型的整體性，超出RVE邊界的ZrO2顆粒的部分被模型分割之后填充到了模型的對立面上，讓RVE模型更符合連續(xù)周期性，更能體現(xiàn)整體宏觀性能。為了不使ZrO2顆粒出現(xiàn)過于團(tuán)聚的現(xiàn)象，對由生成ZrO2顆粒時加入了限制條件，限制了兩個ZrO2顆粒的球心的距離大于等于2.05R(R為ZrO2顆粒的半徑)。2.3.2建立RVE模型的有限元處理數(shù)值仿真分析是假設(shè)ZrO2/HA和ZrO2/β-TCP復(fù)合材料在加載后模型不會發(fā)生脫粘和開裂的現(xiàn)象，所有材料均定義為線彈性材料，不考慮界面對復(fù)合材料的影響。生成模型后，需要建立基體與填充體之間的聯(lián)系，在ANSYS軟件中將所有的ZrO2顆粒和基體材料進(jìn)行搭接處理，這樣的處理便于接下來進(jìn)行的有限元計算。模型的增強相和基體都是使用的SOLID187單元，SOLID187單元是一種三維十

第2章ZrO2顆粒增強復(fù)合材料的性能研究-13-節(jié)點的固體結(jié)構(gòu)單元，符合模擬所需要的要求。網(wǎng)格劃分對于計算結(jié)果有一定的影響，其中劃分網(wǎng)格的質(zhì)量好壞，對于計算結(jié)果影響很大，網(wǎng)格劃分要在計算機計算性能之內(nèi)，首先對ZrO2顆粒進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再接著對基體材料進(jìn)行網(wǎng)格劃分，增強相和基體連接處的網(wǎng)格細(xì)化，在進(jìn)行了多次的網(wǎng)格劃分的計算結(jié)果比較之后，最終確定了一個計算結(jié)果和計算時間都較好的網(wǎng)格劃分，由于本文劃分網(wǎng)格模型較多，這里只展示部分網(wǎng)格劃分，部分模型網(wǎng)格劃分如圖2-2所示。（a）ZrO2體積分?jǐn)?shù)5.0%（b）ZrO2體積分?jǐn)?shù)7.5%（c）ZrO2體積分?jǐn)?shù)12.5%（d）ZrO2體積分?jǐn)?shù)15.0%圖2-2不同ZrO2體積分?jǐn)?shù)的模型網(wǎng)格劃分2.3.3RVE模型求解分析對于建立好的RVE模型，為了求解出模型的彈性模量和泊松比，給模型一樣的邊界條件，選擇一個端面，對其施加一個法向約束，在對立的端面施加一個8‰的壓縮應(yīng)變，分20步進(jìn)行數(shù)值模擬計算，認(rèn)為模型都在彈性理想階段，在靜力學(xué)模塊進(jìn)行求解計算，經(jīng)過有限元計算得出結(jié)果，選擇每一步的計算結(jié)果，得出每一步的施加載荷的端面平均應(yīng)力和端面節(jié)點平均應(yīng)變，再利用胡克定律（E=σ/ε）計算出模型的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米尺度表面粗糙度可影響羥基磷灰石陶瓷的生物學(xué)性能[J]. 劉丹,吳永豪,李向鋒,朱向東,張興棟.  中國組織工程研究. 2018(18)
[2]基于DLP技術(shù)光固化3D打印系統(tǒng)研究與實踐[J]. 范哲超,豐洪微,陳磊,徐國慶,白蕊.  鑄造技術(shù). 2018(03)
[3]水基光固化陶瓷漿料的粘度與分散性研究[J]. 寧會峰,閻相忠,朱悅,王偉志.  硅酸鹽通報. 2017(11)
[4]多孔羥基磷灰石生物陶瓷的制備及研究進(jìn)展[J]. 張峻峰,蔣明慧,張順鋒,汪濤.  中國陶瓷. 2017(03)
[5]接骨板用材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 李曉,劉京,吳強,王艷杰,肖濤,劉立宏,于澍.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2016(06)
[6]骨替代材料的研究方法及進(jìn)展[J]. 倪卓,楊莎,王應(yīng),劉士德.  深圳大學(xué)學(xué)報(理工版). 2015(04)
[7]HA/ZrO2復(fù)合涂層銷盤磨損試驗及仿真[J]. 吳蕾,鮑雨梅,張冬明.  輕工機械. 2013(02)
[8]側(cè)向沖擊載荷作用下股骨-骨盆復(fù)合體的生物力學(xué)響應(yīng)[J]. 王冬梅,董謝平,張琳琳.  醫(yī)用生物力學(xué). 2011(06)
[9]硬組織植入材料表/界面研究進(jìn)展[J]. 劉宣勇.  無機材料學(xué)報. 2011(01)
[10]基于有限元計算細(xì)觀力學(xué)的RVE庫的建立與應(yīng)用[J]. 呂毅,呂國志,孫龍生.  機械強度. 2009(05)

博士論文
[1]復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)模型及相關(guān)材料性能研究[D]. 潘靜.燕山大學(xué) 2018
[2]計算骨力學(xué)若干問題研究[D]. 陳秉智.大連理工大學(xué) 2002

碩士論文
[1]介孔硅酸鈣摻雜硫酸鈣骨水泥修復(fù)創(chuàng)傷骨缺損的實驗研究[D]. 許晨輝.第二軍醫(yī)大學(xué) 2017
[2]鎖定型鋼板治療股骨干骨折的生物力學(xué)研究[D]. 姚雨蒙.新疆大學(xué) 2015
[3](HA+β-TCP+MgO)/鋅合金復(fù)合材料的組織和性能研究[D]. 范金龍.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[4]羥基磷灰石材料用于骨缺損植入時應(yīng)力分析的數(shù)值模擬研究[D]. 高勇麗.天津大學(xué) 2005



本文編號：2899823