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

• 作者: 徐敬忠 吕晓仁 李述军
• 来源期刊: 中国表面工程
• 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
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 所属期刊栏目: 表面工程研究|Surface Engineering Research
• 页码范围: 37-46
• 页数: 10页
• 分类号: TH117
• 语种: 中文
• DOI: 10.11933/j.issn.1007-9289.20201120001

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.