增材制造孔隙结构生物医用钛合金力学及干摩擦行为有限元分析

摘要：

生物医用孔隙结构植入体的发展影响着人类的健康.当植入体与人体骨骼组织间出现体液缺失,即发生干滑动摩擦时,会出现肿胀、发炎等症状.为了减缓这种痛苦,有必要研究生物医用孔隙结构在干摩擦下的磨损行为.基于有限元方法建立了增材制造孔隙结构Ti-6Al-4V干滑动摩擦计算模型,通过运动规律及模型转化计算所需的运动学和动力学边界条件.应用三角数学建模创建模型、利用微积分理论及曲线拟合综合推算磨损量,通过仿真得到的位移矢量和、旋转矢量和、摩擦力和摩擦热综合分析3种孔隙结构摩擦学性能的优劣,并对磨损量进行试验验证.结果表明:3种孔隙结构位移矢量和与旋转矢量和的排队顺序为三角形孔隙结构＞无序孔隙结构＞正方形孔隙结构.无序孔隙结构具有最优的摩擦学性能,三角形孔隙结构次之,正方形孔隙结构相对最差,孔隙结构越与人体原生骨组织接近其耐磨性能越优.研究结果将为生物医用植入体孔隙结构的选择提供参考,对实际应用有着重要意义.

关键词：增材制造、Ti-6Al-4V、摩擦、有限元、孔隙结构、生物医用、骨组织

所属期刊栏目：33

分类号：TH117

资助基金：国家自然科学基金51871220

在线出版日期：2021-05-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：37-46