頭蓋骨是一種典型的輕量化點陣多孔結(jié)構(gòu),作為人腦的外部保護,對于維持生命安全至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計,在人體各處損傷中,顱腦損傷發(fā)生的概率為10%²0%,諸多領(lǐng)域?qū)︻^蓋骨損傷機制的研究提出了迫切的需求。鑒于頭蓋骨在外部環(huán)境中所面臨的多重威脅,有必要對頭蓋骨的力學(xué)性能進行分析,揭示其力學(xué)行為及破壞機制。為此,建立精確的理論和數(shù)值模型、設(shè)計并制備出符合人體需求的仿生頭蓋骨結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為亟待解決的科學(xué)問題。首先,回顧了骨材料的形態(tài)學(xué)特征和力學(xué)性能的國內(nèi)外研究進展,并對micro-CT及重構(gòu)技術(shù)進行了簡要概述;然后,回顧了夾芯結(jié)構(gòu)在沖擊、彎曲載荷作用下的理論預(yù)報模型,以及頭蓋骨力學(xué)實驗和數(shù)值模擬方面的重要成果;最后,分析了仿生骨結(jié)構(gòu)的研究概況。相比于人股骨植入物的研究,人頭蓋骨仿生替代結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制備工作極少。為此,本文旨在建立頭蓋骨在沖擊、彎曲載荷作用下的理論及數(shù)值模型,為揭示人頭蓋骨的力學(xué)行為及失效機制奠定基礎(chǔ)。鑒于多級結(jié)構(gòu)高比強、高比剛的性能優(yōu)勢,采用多層級思想設(shè)計頭蓋骨替代結(jié)構(gòu)的單胞構(gòu)型,為頭蓋骨植入物的臨床應(yīng)用提供參考依據(jù)。然后,采用數(shù)值方法系統(tǒng)地研究了二維多孔頭蓋骨截面受...

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【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究的目的和意義
    1.2 多孔骨結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究進展
    1.3 Micro-CT掃描及重構(gòu)技術(shù)的研究概況
    1.4 夾芯結(jié)構(gòu)理論模型的研究進展
        1.4.1 夾芯結(jié)構(gòu)的沖擊理論模型
        1.4.2 夾芯結(jié)構(gòu)的彎曲理論模型
    1.5 頭蓋骨力學(xué)性能研究進展
        1.5.1 頭蓋骨的力學(xué)實驗研究
        1.5.2 頭蓋骨有限元分析
    1.6 仿生骨頭替代物研究進展
    1.7 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 二維頭蓋骨的沖擊響應(yīng)與能量吸收
    2.1 引言
    2.2 沖擊載荷作用下的頭蓋骨數(shù)值模型
        2.2.1 頭蓋骨的微觀結(jié)構(gòu)
        2.2.2 頭蓋骨的材料本構(gòu)關(guān)系
        2.2.3 頭蓋骨的數(shù)值建模過程
        2.2.4 數(shù)值模型可行性驗證
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 沖擊速度對頭蓋骨抗沖擊性能的影響
        2.3.2 沖擊角度對頭蓋骨抗沖擊性能的影響
        2.3.3 沖擊物形狀對頭蓋骨抗沖擊性能的影響
        2.3.4 沖擊物密度對頭蓋骨抗沖擊性能的影響
        2.3.5 截面位置對頭蓋骨抗沖擊性能的影響
        2.3.6 沖擊物半徑對頭蓋骨抗沖擊性能的影響
    2.4 本章小結(jié)
第3章 三維頭蓋骨的抗沖擊性能研究
    3.1 引言
    3.2 頭蓋骨的形態(tài)學(xué)特征
        3.2.1 Micro-CT掃描技術(shù)
        3.2.2 孔洞梯度分布
    3.3 頭蓋骨沖擊載荷下的理論模型
        3.3.1 三層等效理論模型
        3.3.2 五層等效理論模型
        3.3.3 一層等效理論模型
    3.4 頭蓋骨沖擊載荷下的三維數(shù)值模型
    3.5 結(jié)果與討論
        3.5.1 抗沖擊性能
        3.5.2 數(shù)值結(jié)果與已有沖擊實驗結(jié)果的對比
        3.5.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響
    3.6 本章小結(jié)
第4章 多孔頭蓋骨的彎曲性能研究
    4.1 引言
    4.2 三點彎曲載荷作用下的頭蓋骨數(shù)值模型
    4.3 三點彎曲載荷作用下的頭蓋骨理論模型
    4.4 結(jié)果與討論
        4.4.1 三點彎曲和四點彎曲載荷
        4.4.2 頭蓋骨的寬度和跨距對結(jié)構(gòu)彎曲性能的影響
        4.4.3 數(shù)值結(jié)果和理論結(jié)果的比較
        4.4.4 均布載荷
    4.5 本章小結(jié)
第5章 頭蓋骨多級替代結(jié)構(gòu)的設(shè)計
    5.1 引言
    5.2 多級結(jié)構(gòu)的面外壓縮性能
        5.2.1 超輕夾芯結(jié)構(gòu)的評價
        5.2.2 多級結(jié)構(gòu)的等效面外壓縮剛度
        5.2.3 多級結(jié)構(gòu)的等效面外壓縮強度
        5.2.4 面外壓縮載荷下的數(shù)值模擬
        5.2.5 多級單胞構(gòu)型面外壓縮性能對比
    5.3 多級結(jié)構(gòu)的三點彎曲性能
    5.4 快速成型工藝后處理
    5.5 微點陣制備工藝及應(yīng)用前景
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
附錄A 金字塔點陣桁架所受外載荷
附錄B 四分之一單胞的側(cè)向壓縮載荷
附錄C 一級金字塔單胞的等效抗彎剛度
附錄D 一級金字塔單胞受力分析
附錄E 等截面金字塔點陣結(jié)構(gòu)的面外壓縮性能
附錄F 波紋板-金字塔多級點陣結(jié)構(gòu)的面外壓縮性能
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3930905