Veröffentlichungen und Präsentationen

本研究以股骨为例，建立了基于三周期极小曲面（TPMS）的P结构单胞的多孔人工骨结构拓扑优化模型。与传统均匀分布的人工骨不同，TPMS可利用均匀化理论获得多孔结构的等效弹性属性，通过等效弹性矩阵建立TPMS的相对密度与杨氏模量的关系，再依据已有人工骨材料Ti-6Al-4V的力学属性，对优化对象的材料赋予等效弹性属性，利用comsol进行拓扑优化计算得到材料体积因子，按照各部分给定的体积因子即可梯度填充相应相对密度TPMS单胞以模拟多孔骨，设计出具有优良承载性能、生物相容性和生物活性的人工骨组织。 在研究中，我们使用了COMSOL Multiphysics®进行仿真。结构力学模块用于对P-TPMS单胞进行均匀化分析，涵盖几何建模、材料属性设置、全局定义导入以及单元周期性节点配置，以确保各种荷载条件下的准确模拟。优化模块用于调整股骨设计参数，优化结构拓扑，实现预期的性能目标。理论分析和仿真显示，TPMS结构确实能够有效模拟人骨的力学性能。TPMS的数学可控性、高度连通性和设计灵活性使其能够根据需求选择适合的单胞构型，优化股骨的空间布局，并且能方便地导出为3D打印所需的STL格式。TPMS的设计灵活性和优化能力使得个性化制造和3D打印成为可能，为人工骨的个性化定制提供了新的思路和方法。