骨組織工程是治療缺損骨組織的有效手段,其核心思想是通過與原骨組織各項性能相近的生物支架作為臨時性替代物,輔助完成骨修復(fù)過程。但是骨重建周期較長,僅依賴體內(nèi)試驗進行相關(guān)研究會造成人力及物力的浪費。因此,通過數(shù)值模擬方法進行相關(guān)探究是很有意義的。本文通過數(shù)值仿真分析了三周期極小曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS)作為生物支架晶胞時的各項性能,主要包括結(jié)構(gòu)特性、生物力學(xué)性能、流體性能及降解和骨重建特性等方面。首先從TPMS中選取P單元和I-WP單元,通過參數(shù)化建模建立單元模型,通過三維建模軟件(Geomagic)對單元進行建立,在此基礎(chǔ)上完成了構(gòu)型參數(shù)(s、k)及厚度對兩單元孔隙率和比表面積的影響。在生物力學(xué)特性方面,研究了一定位移約束條件下,不同構(gòu)型參數(shù)下的P單元和I-WP單元在軸向加載及切向加載下的彈性模量和剪切模量,并做了歸一化處理,通過數(shù)據(jù)擬合進一步明確了兩單元的歸一化彈性模量和歸一化剪切模量與體積分數(shù)間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)P單元的主要變形狀態(tài)與構(gòu)型參數(shù)的變化有很大聯(lián)系。在流動性能方面,基于達西定律完成了不同構(gòu)型參數(shù)下的P單元和I-WP單元的滲透...

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-2骨組織微觀形態(tài)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2組織所處的動態(tài)環(huán)境，支架還必須要具備生物相容性和可降解性，且降解后無毒副作用[4][5]。1.2人工骨支架研究意義骨組織工程支架的相關(guān)研究是當前的研究熱點。一方面，人工骨支架為骨細胞提供了附著、生長、繁殖的空間，并營養(yǎng)物質(zhì)及代謝廢物排出提供了微環(huán)境....

圖1-3三種單胞模型構(gòu)型C.k.Chua[7]等闡述了多面體組成單胞模型的思想，根據(jù)各種多面體間的組合，

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3張佳[6]提出了三種單胞模型：具開口狀單胞、帶小孔的板-桿單胞、帶小孔的板單胞三種，對其力學(xué)和生物流體性能進行研究。探究了單胞彈性模量與孔隙率間的函數(shù)關(guān)系及單胞模型幾何形狀和尺寸對其力學(xué)性能的影響；并針對孔隙率值和比表面積對單胞模型比滲透率值的影響....

圖1-4不同孔隙率的骨支架單元結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3張佳[6]提出了三種單胞模型：具開口狀單胞、帶小孔的板-桿單胞、帶小孔的板單胞三種，對其力學(xué)和生物流體性能進行研究。探究了單胞彈性模量與孔隙率間的函數(shù)關(guān)系及單胞模型幾何形狀和尺寸對其力學(xué)性能的影響；并針對孔隙率值和比表面積對單胞模型比滲透率值的影響....

圖1-5基于TPMS單元的支架結(jié)構(gòu)及其力學(xué)和流體仿真

類似的支架。通過隱式周期曲面表達式探究了式中參數(shù)與單元結(jié)構(gòu)特性的關(guān)系，并依據(jù)距離場對單元結(jié)構(gòu)進行了拓撲優(yōu)化。H.Montazerian等[13]利用三重周期最小表面(TPMS)設(shè)計多孔支架結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙，對240個基于TPMS的單元庫(由24個選定結(jié)構(gòu)的10個體積分數(shù)組成)進行了數(shù)....

本文編號：3970188