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机械强度2025年第03期:基于三周期极小曲面的梯度多孔支架力学及渗透性能研究

来源:期刊VIP网 时间:


作者:秦世坤;段明德;梁士杰;张辉;张壮雅;

单位:河南科技大学机电工程学院;

摘要:为构建具有良好生物学性能的骨支架结构,基于三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface, TPMS)设计不同孔隙率、单胞尺度下的P型、FRD型匀质多孔支架,以及P&FRD梯度多孔支架;并通过试验和有限元仿真的方法,探究单胞类型、孔隙率及单胞尺度对TPMS多孔支架力学和生物学性能的影响。研究结果表明,基于TPMS建立的匀质和梯度多孔支架内部孔道具有良好的连通性;多孔支架的力学性能随着孔隙率的增加而降低,但渗透性则随着孔隙率的增加而提高;增大单胞尺度可以明显提高多孔支架的渗透性;梯度多孔支架的渗透率还受渗流方向的影响;梯度多孔支架能综合各匀质单胞结构的性能特点,在支架不同区域表现出不同的力学和生物学性能,更接近人体骨骼的结构和生物学性能。

关键词:三周期极小曲面;;梯度多孔支架;;力学性能;;渗透性

基金资助:河南省重点科技攻关项目(212102210064);; 河南省级科技研发计划联合基金项目(222103810030);; 河南省高等学校重点科研项目(20A460012)~~