基于Weaire-Phelan结构的Ti6Al4V多孔支架力学性能研究及数值模拟

作者：郝明仲; 占智勇; 魏成建^*; 葛云

来源：医用生物力学, 2021, 36(06): 841-848.

DOI：10.16156/j.1004-7220.2021.06.002

• 多孔支架
• 力学性能
• 有限元分析
• 材料模型

目的研究基于lattice Weaire-Phelan(LWP)结构支架的力学性能,并利用有限元方法精确模拟多孔支架的整个压缩过程。方法采用选择性激光熔融(selective laser melting, SLM)技术制造具有不同孔隙率的Ti6Al4V(TC4)多孔支架。通过单轴压缩试验测试样件力学属性,并与人体骨骼及其他支架结构进行对比。验证4种材料模型对多孔支架压缩仿真结果的影响。结果 LWP支架展现出与人体松质骨十分接近的弹性模量以及高于大多数皮质骨的屈服强度。与其他支架结构相比,LWP支架具有几乎最小的弹性模量和最大的屈服强度。利用本文提出的材料模型,即Johnson-Cook本构模型和动态几何应变失效模型(Johnson-Cook constitutive model and failure model based on dynamic geometric strain, JCDG),模拟出的结果与试验数据非常接近。结论作为骨修复材料,LWP支架展现出比其他支架结构更优秀的力学性能。与其他材料模型相比,JCDG更有利于构建出合理的多孔支架压缩仿真模型。

• 单位
  江苏省中医院; 南京大学