Modélisation multi-échelle de structures poreuses superélastiques

超弹性多孔结构的多级建模

• 批准号: RGPIN-2014-05178
• 负责人: Terriault, Patrick
• 金额: $ 1.97万
• 依托单位: École de technologie supérieure
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2016-01-01 至 2017-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=611482
• 关键词: Mod; lisation; multi; chelle; de

Les implants métalliques utilisés pour remplacer les os endommagés et les articulations usées engendrent un phénomène indésirable appelé « écran anti-contrainte ». Il est causé par la différence significative entre la rigidité élevée des matériaux métalliques conventionnels et celle des tissus osseux, ce qui se traduit par une perte de l’union implant-os. Une solution possible réside dans l’utilisation de matériaux poreux superélastiques dont le comportement mécanique est très similaire à celui des os. La conception de telles structures biomimétiques est complexifiée par la nature poreuse, non-linéaire et hystérétique du matériau. Le matériau retenu est un alliage de titane superélastique qui ne contient aucun nickel. Le caractère poreux du matériau augmentera du même coup la qualité de l’adhésion entre l’os et l’implant puisque les tissus osseux auront davantage de sites pour migrer dans l’implant. L’objectif général du programme de recherche est de développer des outils de calcul numérique permettant de simuler efficacement la réponse à l’échelle macroscopique de structures poreuses superélastiques. Le projet prévoit également d’importants efforts de caractérisation expérimentale afin de valider les modèles numériques. Des structures dont la porosité est aléatoire ou architecturée seront étudiées. Elles sont intimement liées aux capacités de fabrication disponibles au sein de notre laboratoire de recherche. Les structures poreuses aléatoires seront fabriquées par frittage des poudres selon la méthode « space holder », tandis que les structures architecturées le seront par frittage sélectif au laser. Ce dernier procédé permet de construire par fabrication additive (couche par couche) des structures architecturées. Pour atteindre l’objectif général, plusieurs étapes devront être franchies dont les principales sont les suivantes. Dans un premier temps, des méthodes de génération de modèles de matériaux poreux seront développées afin de simuler des géométries représentatives de la réalité. Par la suite, le comportement mécanique de ces modèles seront simulés par éléments finis afin d’obtenir des relations de mise à l’échelle permettant de remplacer le comportement d’un volume représentatif de matériau poreux à l’échelle mésoscopique par celui d’un volume de matériau dense ayant des propriétés fictives équivalentes à l’échelle macroscopique. Enfin, les travaux se concentreront sur les aspects de dégradation lorsque les efforts excède localement les limites élastiques du matériau ou même lors que la limite ultime est atteinte, ce qui résulte en une défaillance du matériau. À la fin de ce projet, une expertise aura été développée dans la modélisation d’implants biomimétiques ainsi que dans la fabrication de matériaux poreux à gradient de porosité afin d’ajuster localement les propriétés de l’implant. Ces capacités ouvrent la porte à l’orthopédie personnalisée où le médecin pourrait définir les spécifications d’un implant en fonction des spécificités d’un patient et l’ingénieur fabriquerait ensuite sur mesure l’implant en question. Enfin, la démarche développée dans ce projet est générique car tous les domaines en quête de pièces structurales légères (les transports et plus particulièrement l’aéronautique) pourraient profiter de la méthodologie de conception proposée ici.

金属植入物用于替换内膜和关节，从而产生不良现象“反限制”。这导致了金属材料常规和骨组织细胞刚性的显着差异，这与种植体联合的传统传统不同。一种可能的解决方案是使用超弹性材料，但其机械性能与操作系统的性能非常相似。泰勒斯结构的仿生概念是自然孔隙使用、非线性和材料的复杂性。 Le matériau retenu est un alliage de titane superélastique qui ne contient aucun 镍。材料增强剂的作用是提高骨组织与植入物之间的粘附质量，从而对移植者迁移部位产生不利影响。 总体目标是研究和开发数值计算方法，以模拟超弹性结构宏观反应的效果。该项目是为了验证数字模型而进行的重要实验。 结构不属于多孔性或建筑学研究。在此期间，我们将在研究实验室中使用制造能力。结构体的孔结构采用“空间保持器”方法，采用激光熔块选择法进行结构设计。最后，我们将继续构建增材制造（couche par couche）结构建筑。 出于一般目的，请注意不要将主要责任归咎于其他人。在最初的时期，材料模型的生成方法逐渐发展为现实几何代表的模拟。在套件中，模型的机械性能模拟在最终获得与材料的关系和永久替换材料卷的性能时，与材料卷中的中间体有关密集阿扬德斯 虚构的属性相当于宏观的。最后，我们集中精力解决材料退化方面的问题，因为我们的努力超出了材料的有限性，或者最终导致了材料的缺陷。 最后，项目完成后，通过仿生植入物模型的开发，通过孔材料的制造以及植入物属性的梯度孔隙结构的制造，获得了专业知识。个人矫形器的功能包括医生定义的植入物规格和患者特定功能以及测量相关植入物的工程师套件。 Enfin 表示，该项目的开发是一项通用汽车领域的结构性工程（运输及特殊航空），旨在促进 ic 概念提案的方法论。