本文關鍵詞：基于形狀記憶聚合物的自適應骨折固定裝置研究

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【摘要】：形狀記憶聚合物及其復合材料作為一種新型的智能高分子材料,能夠感受外界的刺激,并在相應的刺激下做出反應。與普通材料相比,形狀記憶聚合物集合了傳感器、控制器、驅動器的功能,能夠主動變形,在航空航天、醫(yī)療應用方面具有很大的前景。本文形狀記憶聚合物骨折固定裝置的研究立足于形狀記憶聚合物的主動變形功能,從實驗方面與理論方面對該裝置的應用進行了驗證。首先通過力學實驗研究其力學性能,得到材料參數(shù);其次建立熱粘彈性本構方程,模擬形狀記憶聚合物的形狀記憶行為。通過二者的對比,驗證理論模型的有效性,并解釋其變形機理,為形狀記憶聚合物在骨折固定方面的應用提供了理論支撐和實驗支撐。本文研究內容如下:(1)通過熱機械分析表征形狀記憶聚合物的動態(tài)力學性能,通過拉伸實驗,松弛實驗,蠕變實驗表征形狀記憶聚合物的靜態(tài)力學性能,利用時溫等效方程處理實驗數(shù)據(jù),得到形狀記憶聚合物的材料參數(shù)。通過形狀記憶聚合物的循環(huán)加載、卸載實驗,研究形狀記憶聚合物的循環(huán)載荷作用下的力學性能變化;通過形狀記憶聚合物的形狀記憶循環(huán)實驗,研究形狀記憶聚合物骨折固定裝置的形狀記憶行為;(2)修正形狀記憶聚合物的粘彈性本構方程,本文利用Prony級數(shù)形式的本構方程,采用遞歸算法將其編譯到UMAT子程序中,并導入到ABAQUS軟件中研究形狀記憶聚合物的形狀記憶行為,通過仿真結果與實驗結果的對比,驗證數(shù)值模擬結果的有效性;(3)設計基于形狀記憶聚合物的自適應骨折固定裝置結構,通過該結構的縮比模型的單軸拉伸實驗,三點彎實驗,分析該結構拉伸模量,抗彎模量,并測量該結構的拉伸回復力、彎曲回復力,為骨折固定裝置提供數(shù)據(jù)支撐。通過體外功能實驗,研究其固定效果,及其拆卸再固定,自適應特征,驗證基于形狀記憶聚合物骨折固定裝置的可行性。
【關鍵詞】：形狀記憶聚合物 熱粘彈性 本構理論 自適應 骨折固定裝置 有限元
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R683;R318.08
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題研究背景及意義9
• 1.2 形狀記憶聚合物及生物領域應用現(xiàn)狀9-16
• 1.2.1 形狀記憶聚合物9-11
• 1.2.2 形狀記憶聚合物復合材料11
• 1.2.3 形狀記憶聚合物驅動方法11-13
• 1.2.4 形狀記憶聚合物及其復合材料的生物領域應用現(xiàn)狀13-16
• 1.3 形狀記憶聚合物本構理論研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 本文主要研究內容19-22
• 1.4.1 形狀記憶聚合物基本力學性能表征20
• 1.4.2 骨骼固定裝置結構有限元模擬20
• 1.4.3 骨折固定裝置的研制和測試20-22
• 第2章 形狀記憶聚合物力學性能分析22-41
• 2.1 引言22
• 2.2 形狀記憶聚合物力學性能表征22-36
• 2.2.1 動態(tài)熱機械分析22-23
• 2.2.2 形狀記憶聚合物的拉伸實驗23-26
• 2.2.3 形狀記憶聚合物的率相關實驗26
• 2.2.4 形狀記憶聚合物的松弛實驗26-28
• 2.2.5 形狀記憶聚合物的蠕變實驗28-29
• 2.2.6 形狀記憶聚合物的循環(huán)加載-卸載實驗29-36
• 2.3 形狀記憶聚合物的形狀記憶行為研究36-39
• 2.4 本章小結39-41
• 第3章 形狀記憶聚合物本構理論及仿真41-55
• 3.1 引言41
• 3.2 形狀記憶聚合物的本構理論研究41-45
• 3.2.1 粘彈性概述41
• 3.2.2 松弛和蠕變41-42
• 3.2.3 時間-溫度等效原理42-43
• 3.2.4 形狀記憶聚合物的非線性本構方程43-45
• 3.2.5 形狀記憶聚合物的非線性本構的數(shù)值實現(xiàn)45
• 3.3 形狀記憶聚合物的形狀記憶過程仿真45-51
• 3.4 形狀記憶聚合物仿真結果與實驗結果對比51-53
• 3.5 本章小結53-55
• 第4章 基于形狀記憶聚合物的骨折固定裝置55-76
• 4.1 引言55
• 4.2 套筒式骨折固定裝置55-56
• 4.3 骨定板式骨折固定裝置56-75
• 4.3.1 中指骨折固定裝置57-58
• 4.3.2 小臂骨折固定裝置58-75
• 4.4 本章小結75-76
• 結論76-78
• 參考文獻78-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其其他成果83-85
• 致謝85

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本文編號：1103660