Sphere梯度孔结构力学性能有限元分析

建立不同孔径分布的钛合金梯度多孔结构的三维有限元模型,对力学性能进行分析。使用Rhino 5.0和ABAQUS 6.1软件,分别建立sphere、sphere_line、sphere_plane、sphere_point等4种按不同梯度分布的多孔结构有限元模型。对模型分别加载200、400、600、800、1000 N的力,加载力作用于上表面,方向垂直于表面向下,选定下表面为固定约束,计算等效应力及最大主应力。在加载力相同的情况下,sphere_plane梯度孔模型的最大主应力及最大等效应力最大;其次为sphere_point梯度孔模型,较sphere_plane梯度孔模型小42.49%和23.61%;sphere_line梯度孔模型再次之,较sphere_plane梯度孔模型小47.60%和33.12%;sphere无梯度孔模型的最大主应力及最大等效应力最小,较sphere_plane梯度孔模型小68.44%和54.13%。在4种不同梯度孔径分布的多孔结构中,sphere无梯度孔结构的实际受力最小、承载能力最好,其次是sphere_line梯度孔结构,再次是sphere_point梯度孔结构次之,sphere_plane梯度孔结构实际受力最大,其承载能力相比前3种要差。最后通过快速原型对设计出的4种模型进行制备,得到多孔钛合金实体,并对实体进行力学性能测试实验,得出的结论可验证数值模拟分析结果的可靠性。该研究结果可为多孔钛合金植入体设计以及临床应用提供相关设计参考和理论依据。