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: 2018
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2018-01-01 至 2019-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=666668
• 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. **A 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.

使用金属植入物来替代骨缺损，使用关节形成一种称为“抗约束”的不可识别现象。Il est causé par la différence significant entre la rigidité élevée des matériaux metalliques conventionnels et策勒des tissues osmix，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.拉康塞普雄de telles structures biomimétiques est complexifiée par la nature poreuse，材料的非线性和滞后性。 保留的材料是一种不含镍的超塑性钛合金。材料的孔隙特征增加了骨与植入物之间的粘附质量，使植入物中的骨组织能够迁移。**L'objectif général du programme de recherche est de décul numérique décul outils de calcul numérique permettant de simuler efficacement la réponse à l'échelle macroscopique de structures superélastiques. Le projet prévoit égalements d'important efforts de caractérisation exérimentale afin de valider les modéles numériques.** Des structures dont la porosité est aléatoire or architecturée seront étudiées. 这些都是我们研究实验室Au可供使用的制造能力。这些多孔结构是通过采用空间保持器的方法来制造的，而这些结构是通过选择性地使用Au激光来制造的。Ce dernier procédé permet de construire par fabrication additive（couche par couche）des structures architecturées.**为了实现总体目标，许多人开发了一些特许经营权，这些特许经营权不属于主要的特许经营权。在一个首要的时间，该方法的生成模型的材料孔seront décépées后，模拟几何学représenescent la realité。在这一套中，这些模型的机械性能模拟了材料体积与宏观等效特性的致密材料体积之间的渗透性关系。因此，本工作主要集中在材料退化的各个方面，努力确定材料的弹性极限，甚至确定材料的弹性极限，从而导致材料的退化。 **A la fine de ce projet，une expertise aura été décubépée dans la modélisation d'imbiométiques 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 oadheren le medecin pourrait definir les specifications d'un implant en fonestly des specificités d'un patient and l'engénieur fabriquerait ensuite sur mesure l'implant en question.事实上，该项目的发展进程对图斯所有领域来说都是通用的，这些领域包括结构领域（运输领域以及航空领域），这对ici提出的概念方法有着巨大的好处。