径向梯度多孔支架设计与力学性能分析

摘要

提出一种基于Gyroid曲面的径向梯度多孔支架的设计方法。通过调节中心孔隙率Pin,边缘孔隙率Pout,和梯度变化率n设计具有相同平均孔隙率,不同孔隙变化率的径向梯度多孔支架。采用有限元法(Finite element method,FEM)分析和力学试验方法分别对径向梯度多孔支架和均质多孔支架的力学性能进行研究,并对比其性能的差异。有限元分析结果显示,在平均孔隙率相同的条件下,所设计的径向梯度多孔支架力学性能优于均质多孔支架。平均孔隙率越高,径向梯度多孔支架相对均质多孔支架的力学性能越好;力学试验结果显示,当平均孔隙率为70%时,径向梯度多孔均质多孔支架弹性模量与抗压强度分别为(2.34±0.05)GPa和(67.63±1.33)MPa,径向梯度多孔支架弹性模量与抗压强度分别为(3.96±0.19)GPa和(90.83±3.35)MPa。有限元分析与力学试验共同说明了径向梯度多孔支架比均质多孔支架性能优异。