骨支架仿生材料不同拓扑结构力学性能的有限元分析

摘要

目的:通过建立骨支架材料再生丝素蛋白、海藻酸钠和生物陶瓷(氧化铝陶瓷)不同拓扑结构的三维有限元模型,探究骨支架仿生材料在压缩、拉伸、扭转时的力学性能的特性。方法:基于材料实验获得仿生材料相关参数,分析三种骨支架材料:骨纤维丝直径为0.50 mm,线条间夹角为30 (M-30˚)、45 (M-45˚)和60 (M-60˚)度,线密度从0.30 (M-3)、0.50 (M-5)到0.70 (M-7)变化时,骨支架在拉伸、压缩和扭转时的力学性能。结果:骨支架材料再生丝素蛋白、海藻酸钠和氧化铝陶瓷在M-5结构下压缩位移有明显差别,在M-3、M-5、M-7、M-30˚、M-45˚和M-60˚模型中压缩、拉伸和扭转性能均随丝线密度增大而减小,随线条间角度增大而增大,并且M-3模型承受压缩、拉伸和扭转的应力均为最大。结论:骨支架材料再生丝素蛋白压缩形变比海藻酸钠和氧化铝陶瓷材料都大,材料拓扑结构不同对压缩、拉伸和扭转力学性能存在明显的影响,为骨支架仿生材料力学性能的应用研究提供理论依据。