梯度多孔Ti-6Al-4V合金的縱向壓縮變形行為及有限元模擬.pdf

1、鈦合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性和機(jī)械性能，廣泛用于人體骨組織的替代材料。但由于鈦合金的楊氏模量遠(yuǎn)大于人體骨骼，造成生物學(xué)應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，不利于新骨的生長。借助增材制造技術(shù)制備形狀復(fù)雜的梯度多孔Ti-6Al-4V合金，彈性模量降低，與人體骨骼或器官的梯度結(jié)構(gòu)和性能更為匹配，為骨組織、細(xì)胞向內(nèi)生長和體液的傳輸提供空間。本文通過電子束增材制造方法，選取菱形十二面體網(wǎng)格作為多孔結(jié)構(gòu)的單元，以外科手術(shù)植入物用Ti-6Al-4V ELI合金粉末為原料，制備

2、出不同孔徑和孔隙率的均勻多孔和梯度多孔Ti-6Al-4V合金，研究了多孔材料的縱向壓縮變形行為及其有限元模擬分析。
　　顯微組織觀察表明，經(jīng)電子束增材制造快速冷卻后，多孔Ti-6Al-4V合金形成細(xì)長針狀α'相。采用共振法測得不同孔徑大小的菱形十二面體均勻多孔材料動態(tài)彈性模量比2％壓縮回彈循環(huán)曲線測得的靜態(tài)彈性模量高出30%～100%；孔徑越小，孔隙率越高，偏差幅度越大。通過雙對數(shù)線性擬合，相對動態(tài)楊氏模量和壓縮強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系

3、符合Gibson-Ashby模型。均勻和梯度多孔材料的縱向壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線包括線性彈性變形區(qū)、應(yīng)力不再隨應(yīng)變上升的屈服階段、材料致密化后應(yīng)力隨應(yīng)變急速上升等三個階段，呈現(xiàn)明顯脆性特征。梯度多孔Ti-6Al-4V合金橫向與縱向壓縮的等效彈性模量分別滿足Voigt和Reuss混合律；縱向壓縮強(qiáng)度隨層厚、層數(shù)的增加而減小，但隨著橫截面積的增大而增大，這是由于尺寸效應(yīng)和邊緣效應(yīng)的緣故。
　　采用Ansys workbench14.0有限