螺旋孔結(jié)構(gòu)多孔鈦壓縮力學(xué)行為研究.pdf

1、利用鈦纖維燒結(jié)法制備的具有螺旋孔結(jié)構(gòu)的多孔鈦材料在生物醫(yī)用領(lǐng)域具有良好應(yīng)用潛力。對于螺旋孔結(jié)構(gòu)模型下的力學(xué)性能尚不明確,力學(xué)模型和理論的缺乏限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。因此,本文以多孔鈦材料為研究對象,對孔隙率和燒結(jié)點(diǎn)相對尺寸與多孔鈦材料力學(xué)性能的關(guān)系進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,最終建立在螺旋孔結(jié)構(gòu)模型下,多孔鈦材料的壓縮力學(xué)理論。
　　按照多孔鈦材料實(shí)際的螺旋孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維造型。分析表明,孔隙率與鈦纖維直徑、彈簧體螺旋直徑和螺距有關(guān),通過

2、改變孔結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整孔隙率的值,進(jìn)行軸向載荷下的壓縮力學(xué)模擬。得到孔隙率對多孔鈦材料力學(xué)性能的影響規(guī)律,即隨著孔隙率的增加,多孔鈦材料的壓縮力學(xué)性能降低。具體的,隨著鈦纖維直徑的增加、螺旋直徑和螺距的減小,多孔鈦材料的壓縮屈服應(yīng)力和楊氏模量均增加。
　　螺旋孔結(jié)構(gòu)多孔鈦材料的壓縮力學(xué)性能主要受到孔隙率和燒結(jié)點(diǎn)相對尺寸的影響。建立螺旋孔結(jié)構(gòu)的三維單元模型,分析推導(dǎo)在軸向外力作用下,多孔鈦單元的力學(xué)性能與孔隙率的關(guān)系式。利用推導(dǎo)公式對不

3、同孔隙率下柱狀多孔鈦的力學(xué)性能結(jié)果進(jìn)行擬合分析。多孔鈦材料的力學(xué)性能隨著燒結(jié)點(diǎn)相對尺寸的增加而增大,固定孔結(jié)構(gòu),對不同燒結(jié)點(diǎn)相對尺寸的力學(xué)性能進(jìn)行擬合分析。給出了孔隙率和燒結(jié)點(diǎn)相對尺寸對壓縮屈服應(yīng)力和楊氏模量影響規(guī)律的函數(shù)表達(dá)式。
　　根據(jù)鈦纖維連接方式制備鈦纖維環(huán),不同條件下燒結(jié)后進(jìn)行顯微觀察分析,鈦纖維的燒結(jié)率和燒結(jié)點(diǎn)平均尺寸均隨著燒結(jié)溫度的升高、保溫時(shí)間的延長,先增大后減小。其中,在1000℃保溫8h后的鈦纖維的燒結(jié)率和燒結(jié)