仿生蛛网孔隙结构3D打印个性化钛网设计及三维有限元分析

背景:蜘蛛网结构具有内在的能量耗散机制,使其能承受较大的集中负荷,将其应用到3D打印个性化钛网设计上来减少由于应力集中引起的局部断裂。目的:研究新型仿生蛛网孔隙结构3D打印个性化钛网的设计方法,并应用三维有限元法对其进行生物力学分析。方法:应用锥形束CT、Mimics、Geomagic Wrap、3-matic Research和ANSYS Workbench等软件分别建立仿生蛛网孔隙结构、圆孔结构、方孔结构、六边形孔结构且厚度均为0.3 mm的4组个性化钛网有限元模型,将100 N的载荷加载在牙槽嵴顶对应的钛网上,进行有限元分析。结果与结论:①方孔、圆孔、六边形孔、仿生蛛网孔隙结构个性化钛网最大位移值分别为0.064,0.103,0.107,0.070 mm,等效应力最大分别为1633.5,1611.3,2131.2,1104.8 MPa;②各组固位螺钉在钛网受力后应力分布相似,主要集中在螺钉颈部与钛网相接触部位,方孔、圆孔、六边形孔、仿生蛛网孔隙结构个性化钛网组固位螺钉最大等效应力值分别为149.13,200.32,178.73,163.30 MPa,各组固位螺钉所受到的应力处于安全范围内;③结果显示,仿生蛛网孔隙结构个性化钛网能很好地分散钛网应力,减少应力集中现象;同时,0.3 mm厚度仿生蛛网孔隙结构个性化钛网可以满足大面积颌骨缺损重建机械强度的要求。

小厚度腹板精密加工的直刃刀具及其工艺设计

整体式钛合金蒙皮对新一代制导飞行器的空气动力学性能有重要影响。针对蒙皮零件上小厚度腹板以及薄壁立筋弱刚度结构的精密加工,设计了直刃结构的整体硬质合金铣刀。切削试验结果显示:直刃铣刀的轴向切削力对腹板产生下压作用,从而避免了切穿问题,并且在相同切削参数下,其各向切削力均小于常规铣刀;每齿进给量与切削宽度对直刃铣刀切削力的影响比切削速度更显著。综合零件结构特点与刀具性能,充分利用零件自身刚度抑制弱刚度结构的加工变形,设计了典型蒙皮零件的精密加工工艺,通过样件加工验证了所设计的直刃刀具及其加工工艺应用于新一代整体式钛合金蒙皮精密加工的可行性与有效性。

ACCF和ACDF术式治疗脊髓型颈椎病的临床疗效及术后并发症评价

目的探讨不同手术方式治疗脊髓型颈椎病的临床疗效和术后并发症的发生情况。方法回顾性分析65例脊髓型颈椎病患者,其中31例行颈前路椎间盘切除融合术(ACDF),34例行颈前路椎体次全切钛网植骨钛板内固定术(ACCF),探讨两组患者手术一般情况、JOA评分和Nurick颈椎病脊髓功能分级以及吞咽困难发生情况等。结果 ACDF组患者手术时间(88.70±9.03)min、术中出血量(94.26±10.34)mL,ACCF组患者手术时间(125.46±12.62)min、术中出血量(133.98±12.09)mL,两组比较,ACDF组优于ACCF组,差异有统计学意义(P<0.05);两组患者术后住院时间、术前及术后6个月JOA评分、Nurick颈椎病脊髓功能分级比较,差异无统计学意义(P>0.05)。ACDF组患者在同一观察时间点,吞咽困难发生率及手术节段椎前软组织厚度均低于ACCF组,差异有统计学意义(P<0.05);两组均未出现植骨块松动移位、植骨不融合的情况。结论两种手术方式治疗脊髓型颈椎病均可取得满意的临床疗效,ACDF具有并发症发生率低的特点。手术方式,应根据实际情况选择。

切开椎板钛网固定椎管重建在胸腰椎椎管内病变手术中的应用

目的探讨切开椎板钛网固定椎管重建在胸腰椎椎管内病变手术中的应用。方法2004年1月至2008年1月,对椎管内36例良性病变患者应用后正中扩大入路,采用钛网固定椎板,保留棘突、椎板和外层黄韧带,重建椎管手术治疗。结果36例患者术中病变显露效果满意。术后1、3月CT、MRI示椎板均无移位,椎管通畅,术后6月按GOS评分,治愈18例,好转12例,无效6例,无死亡病例。1年后CT、MRI示部分患者椎板原位固定融合。结论采用钛网固定椎板,保留棘突、椎板和黄韧带,重建椎管手术治疗胸椎椎管内良性病变效果较好。

钛合金/不锈钢网的扩散连接

探讨了钛合金／不锈钢网扩散连接的可行性，确定了直接扩散连接条件下的最佳工艺参数，分析了影响扩散连接的主要因素及接头微观形态。针对实际构件，深入分析了加压方式和变形率的关系，并提出了控制变形量得到无变形接头的方法。

TA15合金大型筋板件等温局部加载晶粒尺寸演化研究

随着航空工业的迅速发展,大飞机和新一代军机的研制,钛合金大型筋板件的应用日益广泛,等温局部加载技术为该类构件的成形提供了新的途径。然而,等温局部加载成形是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程,工艺参数控制不当将产生粗晶、组织不均匀等缺陷。为此,文章采用内变量法,建立了TA15合金高温变形微观组织演化物理模型,并与有限元软件DEFORM 3D结合对TA15合金筋板件等温局部加载成形过程等轴α相晶粒尺寸演化进行数值模拟。结果表明,锻件先加载区、后加载区及变形过渡区晶粒尺寸基本一致;随着温度的升高,锻件等轴α相晶粒尺寸平均值,呈先减小,后增加的趋势;锻件等轴α相平均晶粒尺寸随模具运动速度增加,先快速减小,后趋于平缓,较大的模具运动速度易造成组织不均匀性增加;采用只局部加载的加载方式,可以获得比采用先局部后整体的加载方式,更均匀细小的组织。

加镍过渡层钛合金/不锈钢网的扩散连接技术

研究TC4钛合金与00Cr18Ni10不锈钢网加Ni中间过渡层时的扩散连接工艺、接头微观组织及其力学性能。结果表明,扩散层由较薄单层TiNi或较厚Ti_2Ni/TiNi/TiNi_3多层脆性相组成时,接头强度偏低;当过渡层镍箔厚30μm时,最佳连接工艺参数为:连接温度θ=850℃、连接比压力ρ=10MPa、连接时间t=10～15min,接头剪切强度比直接连接时提高近一倍,达146MPa,且连接试样无明显变形。

钛合金/镍/不锈钢网的扩散连接技术

研究了以Ni为中间过渡层时 ,钛合金与不锈钢网的扩散连接技术 ,分析了影响扩散连接的主要因素和接头微观组织 ,确定了最佳工艺参数 ,并获得了剪切强度达 146MPa的无变形接头。

可远程共享的钛合金焊接选材智能数据库设计

以钛合金为研究对象,构建了基于WEB的钛合金焊接领域资源数据库。系统不仅包含物理性能、力学性能、化学成分、牌号对照等基础数据,还包含了各类钛合金的相图、CCT图、焊接实验、焊接性等内容。系统实现了钛合金信息的高效管理,能充分发挥数据库在选材上方便易用、准确快捷和智能的优点。系统注重人性化和安全设计,为实现钛合金选材和焊接数据共享打下基础。

活性炭-纳米TiO_2复合光催化网处理空气中微量甲醛的试验

目的为了提高室内空气品质,提出新型净化的活性炭-纳米Ti O2复合光催化技术.方法通过模拟空调系统分析了不同条件下复合净化网的净化效率,同时对3种净化装置(复合光催化净化网、Ti O2光催化净化网、活性炭吸附网)在空调系统净化甲醛的净化性能进行了对比分析.结果复合光催化净化网在高风速且污染物质量浓度较低时的净化效率高于其他两种净化网的净化效率近15%,当迎风面风速为高速v=3.5 m/s与低速v=0.8 m/s时,净化效率相差不超过8%.结论同时该净化网对于无机和有机污染物具有较强的吸附氧化能力、较小的空气阻力、在净化过程中无中间副产物生成.以及试现了活性炭的原位再生,延长了净化网的使用周期,比同类净化设备的净化效率提高20%.新型净化技术活性炭-纳米Ti O2复合光催化技术弥补了当前净化技术在实际应用中的不足,提高了净化效率,推动了产品的升级换代.

严重颈椎管狭窄症的前后路一期手术治疗

目的:探讨严重颈椎椎管狭窄症的治疗方法。方法:对24例严重颈椎椎管狭窄症施行颈后路单开门减压,同时颈前路选择性椎间减压,植入Cage或钛笼,而后行钛板固定术,术后随访观察植骨融合率,椎间高度维持情况及其并发症。结果:24例患者随访平均6个月以上,均获得牢固的骨性融合,脊髓功能明显改善,未发生严重的并发症。按Odom评分标准:非常满意11例(占45.83%),满意10例(占41.66%),基本满意2例(占8.33%),不满意1例(占4.16%),总有效率95.83%,优良率87.5%。结论:前后入路治疗严重颈椎椎管狭窄症明显提高彻底减压及植骨融合率,并有效地维持椎间高度,避免了因骨的再吸收造成椎间塌陷引起的继发神经功能损害,只要严格的掌握手术的适应证,遵循手术的操作原则,绝大多数的手术并发症均可避免发生。因此,该方法在治疗严重的颈椎椎管狭窄症方面是一种较理想的治疗方案。

钛合金筋板类构件局部加载成形有限元仿真分析中的摩擦及其影响

局部加载等温成形为大型钛合金筋板类构件省力、高性能成形制造提供了有效的途径。然而其成形过程复杂,材料参数、几何参数、工艺参数高度耦合作用,精确预测困难。有限元仿真为此类复杂成形问题的分析和优化提供了有力的工具。而摩擦模型和摩擦条件是数值模拟的重要边界条件之一,影响到预测结果的精度及可靠性。本文着重分析了库伦摩擦模型、剪切摩擦模型、库伦-剪切摩擦模型、库伦-粘着摩擦模型以及摩擦大小对筋板类构件局部加载成形仿真分析结果的影响。研究结果表明:剪切摩擦模型适用于局部加载成形过程的建模仿真;确定精确的摩擦条件可降低载荷预测误差15%以上;主动调控局部区域摩擦条件可改善局部加载成形过程的充填、减少缺陷。

钛冶金数据库条目性能优化设计研究

钛冶金数据库是基于传统数据库软件开发的,其中最重要的一部分就是各种钛冶金数据的数学计算模型。钛化合物的热力学计算数据存储形式复杂、计算过程繁琐,查询和分析计算速度都受到数据库性能的影响。为此把数据库索引建立在基础数据库上,成为索引数据库,使数据索引单独存放在该数据库中。索引数据库可以按照经济性能的比较,规划成标准大小的索引数据库,新增数据根据自身数据特点形成新的索引加入到索引数据库中,这样就利用已有数据库的处理能力对条目性能进行了优化,大大提高了钛冶金数据库的数据检索效率。

TA15钛合金“H”型结构等温局部加载成形工艺研究

本工作基于DEFORM3D平台,针对筋板类构件建立了等温局部加载有限元模型,模拟分析了局部加载过程中分模面位置、成形参数与加载次序对筋的充填和初生α相晶粒尺寸的影响规律。结果表明：分模面位置设在筋处时比分模面位置在腹板处时,筋的充填性好,初生α相晶粒尺寸分布均匀;改变局部加载成形参数,即增大横向筋和腹板、纵向筋和腹板之间的圆角半径,分模面处的纵向筋和横向筋的充填深度差增大;增加上模压下速度,筋的充填深度减小,初生α相晶粒尺寸增大;加载次序对初生α相的晶粒尺寸影响不显著。

基于CiteSpace的钛铝合金研究可视化分析

在高温结构材料中,钛铝合金材料具有优异的性能,被视为新型高推比航空发动机与航天推进系统静止件和转动件极具潜力的候选材料。为了解全球钛铝合金研究现状,基于CNKI数据库和Web of Science数据库中的钛铝合金研究文献数据,借助CiteSapce软件制作钛铝合金研究可视化知识图谱,采用定量分析与定性分析相结合的方法,分别对中外文钛铝合金研究状况予以客观揭示。研究内容包括钛铝合金材料的研究机构、作者、关键词、高被引文献等。研究结果表明:从事钛铝合金研究的机构以高校和科研院所为主,国外研究机构合作力度相对较大,国内研究机构合作力度相对较小;我国发文引用频次及影响力较国外更高;钛铝合金相关方向的研究热点以其微观组织、力学性能等为主;中外文钛铝合金研究相关文献中,2010~2016年间的高被引文献数量较多。

两种保头术式治疗酒精性股骨头坏死早期疗效比较

目的本研究介绍一种新的保头手术:钛网伞状加股方肌骨柱移植治疗酒精性股骨头坏死,并与原带股方肌蒂骨移植的方法进行比较来评价其近期治疗效果。方法 2008年1月至2008年12月,郑州大学第一附属医院设计应用股方肌蒂骨柱加钛网伞状支撑手术治疗股骨头坏死10例(12髋)(A组)。平均年龄30.1(21～42)岁。ARCO II B期2髋,ⅡC期10髋。同期采用单纯股方肌蒂骨瓣移植的手术方法治疗股骨头坏死12例(16髋)(B组),平均年龄29.8(20～41)岁。ARCO II B期6髋,ⅡC期10髋。所有病例均为酒精性股骨头坏死。术后定期随访患者,参照百分法进行疗效评价,采用非参数秩和检验比较A和B组间临床和影像学间的差异。结果随访时间A组平均29.2个月,B组平均28.5个月。A和B组疼痛和功能均改善明显。至最后随访时,A组优11髋,良1髋,B组优14髋,良2髋。两组间的临床和影像学结果比较无统计学差异。结论股方肌蒂骨柱加钛网伞状支撑术治疗ARCO IIC期股骨头坏死的近期效果良好,远期疗效有待进一步观察。

种植体表面处理技术对骨结合影响研究进展

种植修复在临床的推广应用,引发了种植骨结合领域的研究热潮。种植体表面经过处理,可改变其表面性能,从而促进骨结合的形成,提高种植的成功率。本文对近年来应用于临床的多种种植体表面处理技术做一综述。

高速超声椭圆振动铣削腹板表面质量研究

针对航空航天常用的钛合金机械加工特性差、加工质量低、效率差的问题,提出一种新的加工工艺,高速超声椭圆振动铣削工艺。它是一种刀尖在平面内按椭圆轨迹运动的超声频间歇性切削方法,能够有效地改善铣削质量且突破了常规超声振动加工对临界速度的限制。将高速超声振动铣削工艺引入航空常见薄壁零件结构,腹板的加工中。先分析该工艺微观分离原理,并设计试验验证该工艺在钛合金腹板加工中的效果。结果显示:高速超声振动铣削工艺相比于普通铣削的加工方式在已加工表面让刀量及表面粗糙度值两方面均有稳定提升。粗糙度降幅约10%-40%,让刀量降幅50%左右。