發(fā)布時(shí)間：2020-12-05 17:30

　　本文研究ZrO₂/HA（二氧化鋯/羥基磷灰石復(fù)合材料）、ZrO₂/β-TCP（二氧化鋯/β-磷酸三鈣復(fù)合材料）骨替代材料的力學(xué)性能和n-HA/PA66（納米羥基磷灰石/聚酰胺66復(fù)合材料）、ZrO₂/HA、ZrO₂/β-TCP三種骨替代材料在骨折股骨的運(yùn)用上的力學(xué)特性分析,為骨折股骨治療提供了力學(xué)參考。本文運(yùn)用Mori-Tanaka方法研究ZrO₂/HA和ZrO₂/β-TCP復(fù)合材料的力學(xué)性能,分析ZrO₂體積分?jǐn)?shù)對(duì)基體材料的體積模量的影響。運(yùn)用ANSYS的APDL參數(shù)化編程建立ZrO₂/HA和ZrO₂/β-TCP復(fù)合材料的代表體單元,研究分析不同ZrO₂體積分?jǐn)?shù)下的復(fù)合材料的變形、應(yīng)力分布情況,研究ZrO₂對(duì)HA和β-TCP基體材料的彈性模量和泊松比的影響。制定了3D光固化打印方案,以及燒結(jié)方案,分HA基體材料的粒徑為納米、微米,制備了兩種ZrO... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

生物陶瓷人工骨圖1-1為生物陶瓷人工骨，當(dāng)前，我國(guó)的市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了多種生物替代材料產(chǎn)

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-12-（a）ZrO2體積分?jǐn)?shù)5.0%（b）ZrO2體積分?jǐn)?shù)7.5%（c）ZrO2體積分?jǐn)?shù)10.0%（d）ZrO2體積分?jǐn)?shù)15.0%圖2-1不同ZrO2體積分?jǐn)?shù)的隨機(jī)填充模型如圖3-1所示，（a）（b）（c）（d）分別為ZrO2體積分?jǐn)?shù)為5.0%、7.5%、10%、15%的ZrO2顆粒模型，由于本文的模型數(shù)量較多，就不全部展示出來(lái)了，為了體現(xiàn)RVE模型的整體性，超出RVE邊界的ZrO2顆粒的部分被模型分割之后填充到了模型的對(duì)立面上，讓RVE模型更符合連續(xù)周期性，更能體現(xiàn)整體宏觀(guān)性能。為了不使ZrO2顆粒出現(xiàn)過(guò)于團(tuán)聚的現(xiàn)象，對(duì)由生成ZrO2顆粒時(shí)加入了限制條件，限制了兩個(gè)ZrO2顆粒的球心的距離大于等于2.05R(R為ZrO2顆粒的半徑)。2.3.2建立RVE模型的有限元處理數(shù)值仿真分析是假設(shè)ZrO2/HA和ZrO2/β-TCP復(fù)合材料在加載后模型不會(huì)發(fā)生脫粘和開(kāi)裂的現(xiàn)象，所有材料均定義為線(xiàn)彈性材料，不考慮界面對(duì)復(fù)合材料的影響。生成模型后，需要建立基體與填充體之間的聯(lián)系，在A(yíng)NSYS軟件中將所有的ZrO2顆粒和基體材料進(jìn)行搭接處理，這樣的處理便于接下來(lái)進(jìn)行的有限元計(jì)算。模型的增強(qiáng)相和基體都是使用的SOLID187單元，SOLID187單元是一種三維十

第2章ZrO2顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的性能研究-13-節(jié)點(diǎn)的固體結(jié)構(gòu)單元，符合模擬所需要的要求。網(wǎng)格劃分對(duì)于計(jì)算結(jié)果有一定的影響，其中劃分網(wǎng)格的質(zhì)量好壞，對(duì)于計(jì)算結(jié)果影響很大，網(wǎng)格劃分要在計(jì)算機(jī)計(jì)算性能之內(nèi)，首先對(duì)ZrO2顆粒進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再接著對(duì)基體材料進(jìn)行網(wǎng)格劃分，增強(qiáng)相和基體連接處的網(wǎng)格細(xì)化，在進(jìn)行了多次的網(wǎng)格劃分的計(jì)算結(jié)果比較之后，最終確定了一個(gè)計(jì)算結(jié)果和計(jì)算時(shí)間都較好的網(wǎng)格劃分，由于本文劃分網(wǎng)格模型較多，這里只展示部分網(wǎng)格劃分，部分模型網(wǎng)格劃分如圖2-2所示。（a）ZrO2體積分?jǐn)?shù)5.0%（b）ZrO2體積分?jǐn)?shù)7.5%（c）ZrO2體積分?jǐn)?shù)12.5%（d）ZrO2體積分?jǐn)?shù)15.0%圖2-2不同ZrO2體積分?jǐn)?shù)的模型網(wǎng)格劃分2.3.3RVE模型求解分析對(duì)于建立好的RVE模型，為了求解出模型的彈性模量和泊松比，給模型一樣的邊界條件，選擇一個(gè)端面，對(duì)其施加一個(gè)法向約束，在對(duì)立的端面施加一個(gè)8‰的壓縮應(yīng)變，分20步進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，認(rèn)為模型都在彈性理想階段，在靜力學(xué)模塊進(jìn)行求解計(jì)算，經(jīng)過(guò)有限元計(jì)算得出結(jié)果，選擇每一步的計(jì)算結(jié)果，得出每一步的施加載荷的端面平均應(yīng)力和端面節(jié)點(diǎn)平均應(yīng)變，再利用胡克定律（E=σ/ε）計(jì)算出模型的

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