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《哈尔滨工业大学》 2013年
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螺旋孔结构多孔钛压缩力学行为研究

汤颖乔  
【摘要】:利用钛纤维烧结法制备的具有螺旋孔结构的多孔钛材料在生物医用领域具有良好应用潜力。对于螺旋孔结构模型下的力学性能尚不明确,力学模型和理论的缺乏限制了其进一步的应用。因此,本文以多孔钛材料为研究对象,对孔隙率和烧结点相对尺寸与多孔钛材料力学性能的关系进行数值模拟和实验研究,最终建立在螺旋孔结构模型下,多孔钛材料的压缩力学理论。 按照多孔钛材料实际的螺旋孔结构进行三维造型。分析表明,孔隙率与钛纤维直径、弹簧体螺旋直径和螺距有关,通过改变孔结构参数调整孔隙率的值,进行轴向载荷下的压缩力学模拟。得到孔隙率对多孔钛材料力学性能的影响规律,即随着孔隙率的增加,多孔钛材料的压缩力学性能降低。具体的,随着钛纤维直径的增加、螺旋直径和螺距的减小,多孔钛材料的压缩屈服应力和杨氏模量均增加。 螺旋孔结构多孔钛材料的压缩力学性能主要受到孔隙率和烧结点相对尺寸的影响。建立螺旋孔结构的三维单元模型,分析推导在轴向外力作用下,多孔钛单元的力学性能与孔隙率的关系式。利用推导公式对不同孔隙率下柱状多孔钛的力学性能结果进行拟合分析。多孔钛材料的力学性能随着烧结点相对尺寸的增加而增大,固定孔结构,对不同烧结点相对尺寸的力学性能进行拟合分析。给出了孔隙率和烧结点相对尺寸对压缩屈服应力和杨氏模量影响规律的函数表达式。 根据钛纤维连接方式制备钛纤维环,不同条件下烧结后进行显微观察分析,钛纤维的烧结率和烧结点平均尺寸均随着烧结温度的升高、保温时间的延长,先增大后减小。其中,在1000℃保温8h后的钛纤维的烧结率和烧结点平均尺寸最高。引入孔隙率参数,根据烧结后柱状多孔钛材料的力学性能,修正压缩屈服应力和杨氏模量的表达式。 本文结合各影响因素,给出了柱状螺旋孔结构多孔钛材料的压缩力学行为的表达式。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TG146.23

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