孔隙表征参数驱动的TPMS多孔结构建模 被引量：12

1

作者 雷鸿源 李静蓉 +1 位作者 徐志佳 王清辉 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期156-163,172,共9页

为了设计符合工程设计参数要求的多孔结构模型,提出一种孔隙表征参数驱动的多孔结构建模思路,并以增材制造制备成形.首先,针对三周期极小化曲面(TPMS)的4种常用类型(P/D/G/I-WP),研究了TPMS数学参数对各类孔隙表征参数(孔隙率、比表面... 为了设计符合工程设计参数要求的多孔结构模型,提出一种孔隙表征参数驱动的多孔结构建模思路,并以增材制造制备成形.首先,针对三周期极小化曲面(TPMS)的4种常用类型(P/D/G/I-WP),研究了TPMS数学参数对各类孔隙表征参数(孔隙率、比表面积和孔径大小)的影响,并建立了相关参数之间的映射关系模型;接着,提出了若干基于孔隙表征参数的TPMS多孔结构设计方法,包括单设计参数法、多设计参数法、嵌套设计法;最后,给出了相关的工程应用案例并进行Micro-CT测试实验.实验结果表明,所设计模型的孔隙表征参数可控,增材制造成形的模型样件受工艺影响,其精度存在一定偏差. 展开更多

关键词 多孔结构 三周期极小化曲面 孔隙特征 孔隙率 比表面积

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基于TPMS结构的多孔钛制备与表征 被引量：12

2

作者 李祥 高芮宁 +3 位作者 熊胤泽 何冬梅 董双鹏 张晨 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期325-330,共6页

多孔钛因具有与人体骨组织相近的弹性模量和允许骨长入的孔隙结构而备受关注。其孔隙结构特征不仅影响骨长入效果,而且决定了多孔钛的力学性能。通过三周期极小曲面(triply periodic minimal surfaces,TPMS)隐函数参数的精确调控可以构... 多孔钛因具有与人体骨组织相近的弹性模量和允许骨长入的孔隙结构而备受关注。其孔隙结构特征不仅影响骨长入效果,而且决定了多孔钛的力学性能。通过三周期极小曲面(triply periodic minimal surfaces,TPMS)隐函数参数的精确调控可以构建出理想的孔隙结构模型。本实验针对TPMS模型中常用的G单元模型,研究了G单元模型隐函数参数对孔隙率、孔径、杆径等孔隙结构特征的影响规律,设计出了孔隙率约为77%,孔径分别为300(G300)、500(G500)微米的均质孔隙结构;模仿自然长骨径向梯度结构模型,构建了相应的G单元仿生梯度孔隙结构。采用选区激光熔化(SLM)增材制造技术制备了相应的多孔钛样件,利用数字显微镜和扫描电镜观测多孔钛的孔隙结构特征,发现SLM多孔钛实测孔隙率低于设计孔隙率,实测孔径小于设计值,实测杆径大于设计值。力学性能检测结果显示,G300和G500多孔钛弹性模量分别为2.04和3.12GPa,其最大抗压强度分别为63.5和103.5MPa,梯度孔隙结构多孔钛弹性模量和最大抗压强度分别为6.3 GPa和186.9 MPa。研究结果表明,G单元梯度孔隙结构多孔钛是一种理想的承重部位骨缺损修复体。 展开更多

关键词 三周期极小曲面 多孔钛 增材制造 力学性能

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基于SLM的股骨柄多孔结构设计与力学性能分析 被引量：10

3

作者 曾寿金 刘广 +2 位作者 李传生 叶建华 李涤尘 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期168-181,共14页

为了减轻传统股骨柄与股骨之间弹性模量相差较大而造成的应力遮挡效应,采用激光选区熔化(SLM)技术制备了基于三周期极小曲面(TPMS)的多孔结构,研究了孔隙率为55%~75%的P、G、D三种TPMS结构的力学性能,并通过有限元分析评估了不同孔隙率... 为了减轻传统股骨柄与股骨之间弹性模量相差较大而造成的应力遮挡效应,采用激光选区熔化(SLM)技术制备了基于三周期极小曲面(TPMS)的多孔结构,研究了孔隙率为55%~75%的P、G、D三种TPMS结构的力学性能,并通过有限元分析评估了不同孔隙率的P结构股骨柄在植入股骨后的应力遮挡程度。压缩试验结果表明:在适合骨细胞生长的孔隙率范围内,TPMS结构的屈服强度均大于股骨的屈服强度,满足股骨柄设计的强度要求,并且TPMS结构的力学性能随孔隙率的升高而降低,其中P结构降低的幅度最大。有限元分析结果表明,在股骨柄中引入P结构后能够有效缓解应力遮挡效应,有利于提高股骨柄的稳定性和使用寿命。 展开更多

关键词 激光技术 激光选区熔化 三周期极小曲面 多孔股骨柄 设计 力学性能

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面向组织工程的松质骨微观结构TPMS建模方法 被引量：9

4

作者 王清辉 夏刚 +1 位作者 徐志佳 李静蓉 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期1949-1956,共8页

骨支架作为种子细胞和生长因子的载体,在骨组织工程中处于核心地位.从骨支架结构设计的角度出发,提出一种松质骨微观结构的建模方法.该方法结合三周期极小化曲面(TPMS)和分形几何理论,在对骨骼微孔表面分析的基础上建立具有分形特征的... 骨支架作为种子细胞和生长因子的载体,在骨组织工程中处于核心地位.从骨支架结构设计的角度出发,提出一种松质骨微观结构的建模方法.该方法结合三周期极小化曲面(TPMS)和分形几何理论,在对骨骼微孔表面分析的基础上建立具有分形特征的造孔单元;然后采用双重轮廓线方法对解剖骨骼外表面模型进行六面体网格划分,并依据孔径分布规律调整网格顶点的位置;最后利用等参变换将分形造孔单元映射到每一个六面体中,得到骨支架孔隙微观结构的整体模型.实例分析结果表明,文中方法是可行和有效的.该方法有望提供与增材制造技术相适应的骨支架数字化模型. 展开更多

关键词 骨组织工程 微观结构 三周期极小化曲面 分形几何 增材制造

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铝/石蜡复合相变材料蓄热性能的数值模拟 被引量：8

5

作者 陈宝明 张艳勇 李佳阳 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期528-536,共9页

相变储能材料由于其具有周期性储存和释放能量的特点,在电池热管理、太阳能发电等领域应用广泛,然而由于导热系数低的原因限制了其进一步的应用。高导热率泡沫材料的添加为解决这一不足提供了一种有效的方法。采用三周期性极小曲面(trip... 相变储能材料由于其具有周期性储存和释放能量的特点,在电池热管理、太阳能发电等领域应用广泛,然而由于导热系数低的原因限制了其进一步的应用。高导热率泡沫材料的添加为解决这一不足提供了一种有效的方法。采用三周期性极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)生成泡沫铝骨架,基于孔隙尺度数值模拟了铝/石蜡复合相变材料相变蓄热的变化规律。结果表明:铝骨架的添加强化了蓄热,缩短了融化时间,在复合相变材料孔隙率为0.90、0.85、0.80时,相比于纯石蜡,完全融化时复合相变材料的融化时长分别缩短了68%、75%和80%,而且蓄热过程中温度场更加均匀;验证了铝骨架与石蜡之间由于热导率存在较大差异,导致的热非平衡效应,且铝/石蜡复合相变材料孔隙率越低,此效应越明显。 展开更多

关键词 三周期性极小曲面 铝骨架 固液相变

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面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化 被引量：1

6

作者 黄明喆 肖蜜 +3 位作者 刘喜亮 沙伟 周冕 高亮 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期54-64,共11页

多孔结构具有轻质、散热快等特点,在航空航天、信息电子等领域应用广泛,提出了一种面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化方法。在微观尺度,采用水平集函数描述三周期极小曲面点阵的几何构型,构建了Kriging元模型,预测点阵的宏观... 多孔结构具有轻质、散热快等特点,在航空航天、信息电子等领域应用广泛,提出了一种面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化方法。在微观尺度,采用水平集函数描述三周期极小曲面点阵的几何构型,构建了Kriging元模型,预测点阵的宏观等效热学属性,从而降低计算成本;在宏观尺度,以最小散热柔度为目标,建立了多孔结构的多尺度拓扑优化模型,引入等几何分析提高了结构性能分析的计算精度,结合等几何映射技术开展了非规则几何结构的多尺度拓扑优化设计,避免了非规则设计域中点阵裁剪导致的几何特征缺损等问题;最后,通过数值算例验证了所提出方法的有效性。结果表明,提出方法可实现非规则几何结构的散热性能优化设计,优化得到的轻质梯度多孔结构具有较好的散热性能,在实际工程中具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 等几何分析 多尺度拓扑优化 三周期极小曲面 Kriging元模型 散热性能

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基于三周期极小曲面骨小梁结构的设计及优化 被引量：3

7

作者 刘佳辛 贾鹏 +3 位作者 门玉涛 刘璐 王烨明 叶金铎 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2023年第7期992-997,共6页

背景:近年来骨组织工程支架结构应用广泛,但其稳定性、可控性较差并易产生应力集中。三周期极小曲面具有多孔性、光滑性、连通性、多样性及可控性等诸多优点,为骨组织支架设计及应用提供了新思路。目的:基于隐式曲面法构建骨小梁结构,... 背景:近年来骨组织工程支架结构应用广泛,但其稳定性、可控性较差并易产生应力集中。三周期极小曲面具有多孔性、光滑性、连通性、多样性及可控性等诸多优点,为骨组织支架设计及应用提供了新思路。目的:基于隐式曲面法构建骨小梁结构,应用有限元数值模拟方法及拓扑优化技术对其进行结构优化。方法:①基于隐式曲面法参数化构建三周期极小曲面结构,构建三周期极小曲面S-P型、D型和G型骨小梁结构;②采用有限元数值模拟方法对构建的骨小梁结构进行压缩仿真;③利用变密度法和固体各向同性材料惩罚模型建立S-P骨小梁结构拓扑优化数学模型,进行结构优化。结果与结论:①应力云图显示,3种骨小梁结构在单元结构相交处呈现较大应力值,S-P型出现在单元径向连接处,G型出现在轴向连接处,D型在轴向和径向连接处均有,S-P、G、D型骨小梁结构的等效应力分别为105.07,694.78,637.36 MPa;②位移云图显示,3种骨小梁结构接近施加位移面的部分位移最大,沿轴向递减,S-P型的总形变小于G、D型;③3种骨小梁结构的孔隙率均高于50%,其中S-P型孔隙率最高,达到90.7%,孔径为0.63 mm,骨长入性能优于G、D型;④经拓扑优化后,S-P型骨小梁结构的等效应力为149.11 MPa,质量减少13.9%,符合骨组织支架设计要求;⑤结果显示,基于三周期极小曲面参数化建模结合有限元数值模拟及拓扑优化方法对骨小梁结构进行设计优化,为骨植入物表面结构设计提供了新思路。 展开更多

关键词 参数化建模 骨小梁 三周期极小曲面 拓扑优化 力学性能仿真分析 生物力学

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基于三周期极小曲面结构的电机外壳散热性能研究

8

作者 周志光 《机械设计与制造工程》 2024年第2期34-38,共5页

为优化电机散热性能,分别设计三周期极小曲面(TPMS)和翅片两种结构的电机外壳,并通过有限元分析和装机温升实验对其进行性能评估。温升测试过程中,TPMS结构机壳最高温度为46.2℃,内部线圈最高温度为107.7℃。与原始结构和翅片结构相比,... 为优化电机散热性能,分别设计三周期极小曲面(TPMS)和翅片两种结构的电机外壳,并通过有限元分析和装机温升实验对其进行性能评估。温升测试过程中,TPMS结构机壳最高温度为46.2℃,内部线圈最高温度为107.7℃。与原始结构和翅片结构相比,机壳最高温度分别降低了18.7%和42.2%,线圈温度分别降低了33.7%和10.6%。结果表明,TPMS结构具有更优异的散热效果,可有效提高电机的散热性能。 展开更多

关键词 三周期极小曲面 散热性能 有限元仿真

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极小曲面Al_(2)O_(3)/Al复合材料的压缩断裂行为研究

9

作者 胡琳杰 陆萍 +2 位作者 张福隆 钱凯 刘双宇 《应用激光》 CSCD 北大核心 2024年第4期87-92,共6页

通过光固化3D打印技术制备三维网络蜂窝结构和TPMS结构陶瓷骨架,采用无压金属熔渗方法将金属填充在骨架内并成功制备三维连续网络互穿Al_(2)O_(3)/Al复合材料。研究2种结构的Al_(2)O_(3)/Al复合材料的压缩断裂行为和主要断裂机制。结果... 通过光固化3D打印技术制备三维网络蜂窝结构和TPMS结构陶瓷骨架,采用无压金属熔渗方法将金属填充在骨架内并成功制备三维连续网络互穿Al_(2)O_(3)/Al复合材料。研究2种结构的Al_(2)O_(3)/Al复合材料的压缩断裂行为和主要断裂机制。结果表明,三周期极小曲面(triply periodic minimal surface, TPMS)结构Al_(2)O_(3)/Al复合材料的极限抗压强度和吸能分别为260.64 MPa和791.19 kJ/m^(3),分别是蜂窝结构的4.8倍和15.5倍。研究发现,复合材料受压破坏是由韧性和脆性断裂组成的混合断裂,所以三周期极小曲面(TPMS)结构复合材料因其平滑且规则的拓扑结构,能很好地分解应力和传递负荷,具有更高的强度和延展性,进而有更广阔的应用前景。 展开更多

关键词 紫外光固化Al_(2)O_(3)浆料 三周期极小曲面 Al_(2)O_(3)/Al复合材料

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TPMS空气热沉结构流动传热特性研究

10

作者 王佳选 钱琛怿 +3 位作者 俞彬彬 钟豪章 施骏业 陈江平 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1076-1082,共7页

采用CFD流固耦合数值模拟,以TPMS(三重周期性最小表面)结构为核心构建直流空间内芯片散热热沉。对比了同种条件下的Diamond,Gyroid,I-WP,Fischer-Koch和F-RD五种TPMS结构和同等孔隙率的传统翅片结构的温度场和流体的速度和压力场。构建... 采用CFD流固耦合数值模拟,以TPMS(三重周期性最小表面)结构为核心构建直流空间内芯片散热热沉。对比了同种条件下的Diamond,Gyroid,I-WP,Fischer-Koch和F-RD五种TPMS结构和同等孔隙率的传统翅片结构的温度场和流体的速度和压力场。构建无量纲局部性能评价指标对六种结构的冷却效果进行综合比较后表明,TPMS结构比常规翅片结构有16.6%~50.6%的性能提升,其中Fischer-Koch的散热能力最为突出,其在受限空间下有更大的散热潜力,内部流动换热比翅片结构的优势最高可达12倍。 展开更多

关键词 三重周期性最小表面 芯片热沉 数值模拟 流固耦合

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电子束增材制造多孔骨支架的选用与疲劳性能研究

11

作者 谢海琼 甘道其 +3 位作者 刘飞 谢海涛 杨白银 周天宇 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期348-357,共10页

增材制造多孔结构具有优良的力学仿生和促骨长入性能,支持骨科植入假体在体内的长期稳定。本研究采用三周期极小曲面(TPMS)法和电子束熔融技术(EBM)设计并制备了仿骨小梁多孔结构,通过微计算机断层扫描技术(Micro-CT)和力学疲劳实验研... 增材制造多孔结构具有优良的力学仿生和促骨长入性能,支持骨科植入假体在体内的长期稳定。本研究采用三周期极小曲面(TPMS)法和电子束熔融技术(EBM)设计并制备了仿骨小梁多孔结构,通过微计算机断层扫描技术(Micro-CT)和力学疲劳实验研究它们的孔隙特性、机械力学和疲劳性能,提出了一套新颖的适用于骨科植入假体的选用方法,以满足孔隙连通、力学稳定和高周疲劳寿命的需求。Micro-CT和扫描电镜(SEM)表征发现,单元尺寸≥1.5 mm的多孔支架具有仿生的孔径(748μm)和良好的孔隙连通性;TPMS-Gyroid支架的力学稳定性和可靠性优于TPMS-Diamond支架,所建立的Gibson-Ashby方程可为钛合金多孔支架的设计提供力学性能预测;支架在应力水平为0.2时的疲劳寿命>106次,满足植入材料的长期安全使用要求,其弹性模量与人体松质骨的弹性模量相似(0.1~1.1 GPa)。疲劳行为的研究还发现,疲劳棘轮和疲劳损伤是引发多孔支架失效的主要原因。在设计金属多孔支架结构时,可通过增大支架单元尺寸来减少裂纹萌生的缺口数量,有助于提高支架的疲劳寿命。 展开更多

关键词 电子束熔化 三周期极小曲面 多孔支架 力学性能 疲劳寿命

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径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架结构设计与力学性能分析

12

作者 张艺海 商鹏 +5 位作者 马奔原 侯光辉 崔伦旭 宋万振 齐德瑄 刘艳成 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2024年第5期741-746,共6页

背景:传统骨植入物的弹性模量较大,与人体骨弹性模量不匹配,会引起应力遮挡效应,从而导致骨吸收。径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架具有与人体松质骨匹配的弹性模量,且屈服强度大于人体皮质骨屈服强度,为骨支架设计提供了一种新的选择... 背景:传统骨植入物的弹性模量较大,与人体骨弹性模量不匹配,会引起应力遮挡效应,从而导致骨吸收。径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架具有与人体松质骨匹配的弹性模量,且屈服强度大于人体皮质骨屈服强度,为骨支架设计提供了一种新的选择。目的:通过隐式曲面法构建径向梯度三周期极小曲面结构,采用激光选区熔化技术制备样件,进行准静态压缩实验,得到力学性能与人体骨骼匹配的骨小梁支架。方法:通过隐式曲面法,建立G型、Ⅰ型、P型和D型4种径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架;采用激光选区熔化技术制备样件,观测成型样件的表面形貌,评估成型质量,进行准静态压缩实验,评估样件的力学性能。结果与结论:准静态压缩实验结果表明,对比4种径向梯度三周期极小曲面支架,G支架平台应力波动小,没有出现失效断裂,塑性最好;对45%,55%和65%3种孔隙率G支架的力学性能进行分析,发现55%孔隙率G支架的弹性模量在人体松质骨的弹性模量范围内(0.022-3.7 GPa),屈服强度接近人体皮质骨最大屈服强度(187.7-222.3 MPa)。结果显示,55%孔隙率的G型径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架能够降低应力遮挡效应,承受较高人体载荷,提高植入物的稳定性,延长植入物的使用寿命。 展开更多

关键词 激光选区熔化 三周期极小曲面 径向梯度 骨小梁支架 力学性能

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三周期极小曲面骨支架机械性能研究进展

13

作者 孙亚迪 马剑雄 +5 位作者 王岩 董本超 杨培川 李奕扬 马天成 马信龙 《中华骨与关节外科杂志》 CSCD 北大核心 2024年第7期662-667,共6页

随着骨缺损患者数量的增加,其临床修复面临巨大挑战。传统自体骨移植法受限于术后感染风险,使得骨支架成为研究热点。三周期极小曲面(TPMS)骨支架因其独特的结构和优异的机械性能成为骨支架结构设计的优选。本文综述了TPMS骨支架在弹性... 随着骨缺损患者数量的增加,其临床修复面临巨大挑战。传统自体骨移植法受限于术后感染风险,使得骨支架成为研究热点。三周期极小曲面(TPMS)骨支架因其独特的结构和优异的机械性能成为骨支架结构设计的优选。本文综述了TPMS骨支架在弹性模量、各向异性、壁面剪切应力、能量吸收性能和屈服强度等关键机械性能参数方面的研究进展。 展开更多

关键词 骨支架 三周期极小曲面 机械性能

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基于SLM的髋臼杯多孔结构设计与力学性能分析

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作者 魏青天 曾寿金 +1 位作者 叶建华 郑万锋 《精密成形工程》 北大核心 2024年第4期120-128,共9页

目的获得长期稳定性更优的医用多孔髋臼杯。方法利用三周期极小曲面方法设计出更适合应用于髋臼杯的多孔结构,采用选区激光熔化方法进行加工成形。对样件进行测量得到其力学性能参数。对得到的弹性模量、屈服强度进行分析,得出不同结构... 目的获得长期稳定性更优的医用多孔髋臼杯。方法利用三周期极小曲面方法设计出更适合应用于髋臼杯的多孔结构,采用选区激光熔化方法进行加工成形。对样件进行测量得到其力学性能参数。对得到的弹性模量、屈服强度进行分析,得出不同结构的变形模型及设计参数对多孔结构力学性能的影响,选择力学性能和生物相容性均符合髋臼杯多孔需求的一组多孔结构。结果制造出的多孔结构弹性模量为3.27~7.44 GPa,屈服强度为164.84~407.21 MPa。试验结果表明,TPMS设计的多孔结构力学性能优良,除了70%与75%孔隙率的P结构之外,均可以在力学性能上满足髋臼杯的制造。从变形模式看,P结构变形模式以拉伸为主,G结构与D结构为混合模式变形。其中,G结构设计参数对多孔样件的力学性能影响最大。结论得到最适合制造髋臼杯多孔结构的是TPMS的G结构,并将G结构应用于髋臼杯的三维模型中。 展开更多

关键词 增材制造 选区激光熔化 多孔结构 髋臼杯 三周期极小曲面

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TPMS点阵结构的密度梯度杂交优化设计

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作者 曾元辉 赵淼 +1 位作者 张正文 周海伦 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期76-86,共11页

三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)点阵结构因其优异的综合性能受到中外学者的广泛关注。在点阵结构实际应用过程中,常常需要对其进行优化设计以兼顾轻量化与承载性能两方面的要求。目前,对TPMS点阵结构的优化设计... 三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)点阵结构因其优异的综合性能受到中外学者的广泛关注。在点阵结构实际应用过程中,常常需要对其进行优化设计以兼顾轻量化与承载性能两方面的要求。目前,对TPMS点阵结构的优化设计主要集中于密度梯度层面,未综合考虑载荷方向对其力学性能的影响。为此,首先研究了TPMS点阵结构的各向异性特征。基于平均场均匀化方法求解了不同类型TPMS点阵结构的等效弹性矩阵,通过Matlab插值计算,绘制了其在三维空间范围内的杨氏模量图。发现不同类型的TPMS点阵结构呈现出不同的各向异性特征,其中W点阵结构在[100]等轴线方向上性能较强,在[111]等斜向对角方向上性能较弱,而P点阵结构则刚好相反。根据TPMS点阵结构的各向异性,同时考虑主应力方向以及相对密度分布对其性能的影响,提出了TPMS点阵结构的密度梯度杂交优化设计方法。以悬臂梁模型为基础,基于载荷边界条件对其进行拓扑优化设计,并将拓扑优化密度云映射为点阵结构的相对密度分布,从而实现密度梯度设计。根据TPMS点阵结构的各向异性特征以及单元主应力方向分别选择W和P点阵单胞填充悬臂梁,使主应力方向位于点阵结构性能较强的方向,避免点阵结构在性能薄弱的方向承受较大的应力。将不同类型的TPMS点阵单元合理分布后,利用激活函数将它们进行杂交连接,实现结构梯度设计。综合相对密度分布和单元结构分布,生成密度梯度杂交点阵结构。采用有限元仿真方法对比分析优化设计前后点阵结构的承载性能,结果表明密度梯度W和P点阵结构的刚度与对应的均质点阵结构相比都有明显提高,而由W和P两种点阵单胞组成的密度梯度杂交点阵结构刚度最大,比密度梯度W和P点阵结构分别提高4.63%和33.63%。该结果表明在密度优化的基础上,根据承载时单元主� 展开更多

关键词 三周期极小曲面 点阵结构 密度梯度 杂交 各向异性

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三周期极小曲面骨支架生物学性能研究进展

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作者 孙亚迪 王岩 +5 位作者 董本超 杨培川 李奕扬 马天成 马剑雄 马信龙 《中华骨与关节外科杂志》 CSCD 北大核心 2024年第4期371-376,共6页

由外伤和疾病所致的骨缺损患者逐年增多,而骨缺损的治疗仍然是临床上的一大难题。目前骨缺损的治疗手段主要包括自体骨移植和同种异体骨移植,然而这些方法的应用受到诸多限制。近年来,骨支架作为骨缺损修复的研究热点备受关注。三周期... 由外伤和疾病所致的骨缺损患者逐年增多,而骨缺损的治疗仍然是临床上的一大难题。目前骨缺损的治疗手段主要包括自体骨移植和同种异体骨移植,然而这些方法的应用受到诸多限制。近年来,骨支架作为骨缺损修复的研究热点备受关注。三周期极小曲面(TPMS)骨支架作为构建骨支架的热门选择之一,其生物学性能成为当前研究的重点。渗透性、比表面积、生物相容性和生物降解性等因素被认为是影响TPMS骨支架生物学性能的关键因素。本文对TPMS骨支架生物学性能研究进展进行综述。 展开更多

关键词 三周期极小曲面 骨支架 生物学性能 骨缺损

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梯度多孔结构钛合金力学性能分析 被引量：1

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作者 石志良 黄富洪 +1 位作者 阮鹏成 祝少博 《钛工业进展》 CAS 2023年第2期1-7,共7页

提出孔径梯度三周期极小曲面(TPMS)多孔结构参数化设计方法,基于螺旋二十四面体(Gyroid)单元构建孔隙率分别为30%、45%、60%和75%的径向和轴向梯度TPMS多孔结构模型。对模型进行有限元分析,根据分析数据建立Gibson-Ashby模型。采用选择... 提出孔径梯度三周期极小曲面(TPMS)多孔结构参数化设计方法,基于螺旋二十四面体(Gyroid)单元构建孔隙率分别为30%、45%、60%和75%的径向和轴向梯度TPMS多孔结构模型。对模型进行有限元分析,根据分析数据建立Gibson-Ashby模型。采用选择性激光熔化成形技术制备孔隙率为60%和75%的多孔结构TC4钛合金样件,采用有限元仿真和压缩试验数据分析孔隙率和孔径梯度方向对多孔结构样件力学性能的影响。Gibson-Ashby拟合曲线表明:随着孔隙率的增大,多孔结构样件的力学性能下降;在相同孔隙率下,径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。压缩试验结果表明:孔隙率为60%的多孔结构样件,其力学性能优于孔隙率为75%的多孔结构样件;在相同孔隙率下,径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。 展开更多

关键词 孔径梯度 多孔结构 三周期极小曲面 有限元分析

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选区激光熔化成形极小曲面点阵的结构和性能优化 被引量：1

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作者 刘飞 唐艺川 +2 位作者 谢海琼 张臣科 陈俊杰 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期214-227,共14页

随着激光增材制造技术的快速发展,具有轻质高强和性能可控的点阵结构成为航空航天、骨科医疗等领域的研究热点。三周期极小曲面(TPMS)点阵结构的平均曲率为零,具有消除应力集中和提高结构强度的优点,是轻量化多功能结构材料的理想候选... 随着激光增材制造技术的快速发展,具有轻质高强和性能可控的点阵结构成为航空航天、骨科医疗等领域的研究热点。三周期极小曲面(TPMS)点阵结构的平均曲率为零,具有消除应力集中和提高结构强度的优点,是轻量化多功能结构材料的理想候选者。本团队采用一种新的曲面偏移方法设计了金刚石(Diamond)、初始晶格(Primitive)、螺旋二十四面体(Gyroid)和体心立方(I-WP)4种TPMS点阵结构,并采用选区激光熔化(SLM)完成了Ti-6Al-4V样件的制备,同时建立了基于Johnson-Cook的有限元仿真模型。点阵结构的仿真结果在受载进程的线性增长、应力降、应力平台各阶段均还原了实验过程,证明了有限元仿真模型的良好预测性,揭示了优化点阵结构在压缩过程中表现出的逐层坍塌的变形行为和连续塑性断裂模式。得益于曲面偏移设计产生的截面系数增加,4种TPMS点阵结构的压缩性能和能量吸收都获得了较大提升,其中I-WP点阵结构的强度提升了244.9%,能量吸收提升了312.7%。 展开更多

关键词 激光技术 点阵结构 选区激光熔化 三周期极小曲面 有限元仿真 变形行为

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不同类型三周期极小曲面对骨支架性能影响的研究进展 被引量：1

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作者 孙亚迪 王岩 +6 位作者 周丽芸 李奕扬 董本超 杨培川 申佳慧 马剑雄 马信龙 《中华创伤杂志》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1147-1152,共6页

骨缺损通常伴骨髓炎、软组织挫伤等,治疗过程漫长且愈合速度缓慢,严重危害人体骨组织结构的完整性。目前,骨缺损的治疗主要采用自体或异体骨移植,但自体骨移植存在手术时间长、疼痛加重、感染并发症等问题,而免疫排斥反应也限制同种异... 骨缺损通常伴骨髓炎、软组织挫伤等,治疗过程漫长且愈合速度缓慢,严重危害人体骨组织结构的完整性。目前,骨缺损的治疗主要采用自体或异体骨移植,但自体骨移植存在手术时间长、疼痛加重、感染并发症等问题,而免疫排斥反应也限制同种异体骨移植的效果。骨支架已成为有潜力的骨移植替代品,但存在骨支架边缘尖锐与人体组织的相容性不佳等问题。三周期极小曲面(TPMS)是平均曲率为零的结构,相较于其他结构,TPMS结构具有较低水平应力集中、能以数学公式精确表达等特点,在骨支架中的应用备受瞩目,但不同类型TPMS对骨支架性能的影响目前尚缺乏全面认识。为此,笔者就不同类型TPMS对骨支架性能影响的研究进展进行综述,为骨支架的构建提供参考。 展开更多

关键词 骨疾病 感染性 支架(骨科) 生物力学 三周期极小曲面

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基于定制孔隙的多孔介质反应流热质传递研究 被引量：1

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作者 李松 司天誉 +3 位作者 梁可丞 张涵 程志龙 王秋旺 《工程热物理学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期2849-2854,共6页

多孔介质由于其表面积大、质量轻、通道复杂等突出优势,在能量转化、热管理与储能等领域发挥着关键作用。本文基于三周期极小曲面(TPMS)方法定制了均一孔隙和梯度孔隙率W型多孔结构(孔隙率ε=0.3~0.5,水力直径dh=1.33~3.86mm),并建立多... 多孔介质由于其表面积大、质量轻、通道复杂等突出优势,在能量转化、热管理与储能等领域发挥着关键作用。本文基于三周期极小曲面(TPMS)方法定制了均一孔隙和梯度孔隙率W型多孔结构(孔隙率ε=0.3~0.5,水力直径dh=1.33~3.86mm),并建立多孔介质燃烧反应计算模型,研究了W型多孔结构和SC-BCC点阵结构内火焰稳定的范围,结果显示W型结构的火焰吹脱极限更高(当量比φ=0.65,进口速度Vin=0.6~2.2 m·s^(-1))。在此基础上研究了孔隙率呈连续梯度变化的W型孔隙多孔结构对燃烧与传热过程的调控规律,结果显示连续梯度孔隙结构可通过自适应的改变回热率,从而大幅拓宽火焰稳定范围。 展开更多

关键词 三周期极小曲面 多孔介质 梯度孔隙 反应流 传热调控

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