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SLM成形梯度体积分数镍钛合金Gyroid点阵结构
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作者 李毅 王晓强 +3 位作者 陈志桥 周燕 文世峰 史玉升 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第4期1179-1194,共16页
通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元... 通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元模拟对Gyroid点阵结构的成形精确度、压缩特性及其在受压变形过程中的应力分布进行了系统研究。结果表明:该点阵结构的压缩曲线可以分为三个阶段,即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和结构逐层失效阶段;随着体积分数的增大,SLM成形梯度sheet型Gyroid点阵结构吸收总能量增加,Gyroid点阵结构的压缩模量和屈服强度也逐渐增大;在压缩载荷作用下,均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构的应力主要集中于倾斜曲面间的连接区域;随着梯度点阵结构局部体积分数梯度减少,应力集中更加严重;随着梯度点阵结构梯度范围增大,梯度点阵结构形成的应力梯度区间增大;均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构压缩断裂行为均为脆性断裂。 展开更多
关键词 NITI合金 gyroid点阵结构 激光选区熔化 力学性能 有限元模拟
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基于结构参数分析的Gyroid换热器性能
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作者 杨晓军 张雪丽 李沛燃 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第4期1195-1204,共10页
为研究三重周期极小曲面(TPMS)在空气-燃油换热器中的流动换热特性,分析结构参数对换热器性能的影响。采用田口方法,针对壁厚、晶格大小和偏移尺寸3个结构参数,对努塞尔数和摩擦系数进行综合评估,并与参考的螺旋套管(TTHC)换热器性能进... 为研究三重周期极小曲面(TPMS)在空气-燃油换热器中的流动换热特性,分析结构参数对换热器性能的影响。采用田口方法,针对壁厚、晶格大小和偏移尺寸3个结构参数,对努塞尔数和摩擦系数进行综合评估,并与参考的螺旋套管(TTHC)换热器性能进行对比。研究得出各个结构参数影响Gyroid换热器努塞尔数和摩擦系数方面的主次顺序,并利用矩阵分析法,确定了最优方案。结果表明:对于热侧出口温度,TTHC换热器比参考的Gyroid换热器最高降低13.13 K;对于压降,TTHC换热器比参考的Gyroid换热器降低3.02 kPa;对于性能评估系数,热侧通道最高为14.72,冷侧通道最高为0.78。 展开更多
关键词 gyroid换热器 螺旋套管换热器 田口方法 结构参数 矩阵分析法
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Gyroid结构钛仿生骨支架修复下颌骨节段性缺损的生物力学性能 被引量:1
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作者 姜至秀 季俣辰 +5 位作者 刘丹瑜 曹怡琳 姜婷婷 宋颐函 王磊 王心彧 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第22期4621-4628,共8页
背景:三周期最小表面的多孔结构是最有前景的骨科生物结构之一,其中的Gyroid结构具有高比表面积、高渗透率、均曲率为零等特点。目的:通过有限元分析结合力学压缩实验测试,筛选出与下颌骨松质骨弹性模量范围相匹配的4 mm单胞Gyroid结构... 背景:三周期最小表面的多孔结构是最有前景的骨科生物结构之一,其中的Gyroid结构具有高比表面积、高渗透率、均曲率为零等特点。目的:通过有限元分析结合力学压缩实验测试,筛选出与下颌骨松质骨弹性模量范围相匹配的4 mm单胞Gyroid结构TC4仿生骨支架壁厚区间。方法:建立不同壁厚(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 mm)4 mm单胞Gyroid结构有限元模型,分析Gyroid结构的等效弹性模量,筛选出与下颌骨松质骨弹性模量范围相匹配的Gyroid结构壁厚区间,壁厚分别为0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7 mm。根据有限元分析筛选结果,以Ti6Al4V为原料,采用选择性激光熔融技术制备不同壁厚的3D打印Gyroid结构试件,进行大颗粒喷砂酸蚀处理,通过力学压缩实验测试试件的弹性模量与抗压强度。结果与结论:(1)有限元分析结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构的等效弹性模量升高,其中壁厚为0.2-0.7 mm Gyroid结构的等效弹性模量在下颌骨松质骨弹性模量范围内(1.5-4.0 GPa),用于3D打印Gyroid结构试件;(2)力学压缩实验结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构试件的弹性模量与抗压强度均升高,其中0.3-0.5 mm壁厚Gyroid结构试件的弹性模量在下颌骨松质骨弹性模量范围内,0.3-0.7 mm壁厚Gyroid结构试件的抗压强度符合下颌骨的力学性能;(3)结果显示0.3-0.5 mm壁厚Gyroid结构与下颌骨的弹性模量范围相适应。 展开更多
关键词 节段性骨缺损 gyroid结构 3D打印 选择性激光熔融 有限元 力学性能
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亲水性Gyroid结构种植体的制备及力学性能分析 被引量:1
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作者 闫星华 王心彧 +4 位作者 刘苗 韩泽奎 宋颐函 张岩 孙子惠 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第16期3343-3350,共8页
背景:传统实心钛合金种植体的弹性模量高于人骨,由此引起的“应力屏蔽”现象可能会影响种植体的骨结合,同时3D打印钛合金表面的亲水性有待提高。目的:制备生物力学性能优良的亲水性Gyroid结构种植体。方法:建立Gyroid结构种植体、实心... 背景:传统实心钛合金种植体的弹性模量高于人骨,由此引起的“应力屏蔽”现象可能会影响种植体的骨结合,同时3D打印钛合金表面的亲水性有待提高。目的:制备生物力学性能优良的亲水性Gyroid结构种植体。方法:建立Gyroid结构种植体、实心结构种植体、下颌骨骨块和牙冠的3D模型,对不同结构种植体的力学性能进行有限元分析。将Gyroid结构种植体模型导入3D打印机,使Gyroid结构种植体实体化,然后对种植体表面依次进行喷砂酸蚀和紫外光功能化处理,制备具有优良力学性能和表面活性的亲水性Gyroid结构种植体。通过扫描电镜和接触角测试分析3D打印Ti6Al4V试件表面改性处理前后的形貌与亲水性。结果与结论:①有限元分析结果显示,在垂直向平均咬合力作用下,Gyroid结构可以将作用于种植体上的载荷均匀分散到整个结构中,实心结构种植体上的载荷只能分散在其外表面并集中于颈部;Gyroid结构种植体受到的最大等效应力为200.67 MPa,不超过Ti6Al4V材料屈服强度的50%;Gyroid结构种植体对周围骨组织的最大等效应力为24.27 MPa,略高于实心结构种植体的最大等效应力17.32 MPa,并且在20-60 MPa区间内,Gyroid结构种植体对新骨形成的刺激效果优于实心结构种植体。②3D打印技术可以将Gyroid结构种植体模型实体化,扫描电镜下可见3D打印Ti6Al4V试件表面有许多未熔融的球形金属颗粒,经喷砂酸蚀后表面形成微米级网状孔洞结构,已不见凸出的金属颗粒,紫外光功能化处理+喷砂酸蚀处理的试件表面形貌与喷砂酸蚀组基本一致;接触角测试结果显示,紫外光功能化处理+喷砂酸蚀处理后的试件表面亲水性优于喷砂酸蚀处理组与无表面处理组。③喷砂酸蚀处理可以去除3D打印试件上弱连接的金属颗粒,提高实体模型与设计模型的相似性,在此基础上进行紫外光功能化处理可以显著提高3D打印Gyroid结构种植体的亲水性且不影响其结构。 展开更多
关键词 三周期极小曲面 gyroid结构 应力屏蔽 表面改性 3D打印 紫外光功能化
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个性化GYROID结构髁突假体:设计及有限元分析
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作者 刘丹瑜 姜婷婷 +5 位作者 姜至秀 季俣辰 曹怡琳 王磊 宿玉成 王心彧 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第17期3548-3556,共9页
背景:目前国内外制作的颞下颌关节假体在置换过程中需要依靠螺钉固定假体中的髁突部分,通过预留固位孔方便术中进行操作,但由于缺少个性化的颌骨设计,可能存在固位板与颌骨不贴合导致螺钉松动、脱位。因此,个性化髁突假体置换在修复颞... 背景:目前国内外制作的颞下颌关节假体在置换过程中需要依靠螺钉固定假体中的髁突部分,通过预留固位孔方便术中进行操作,但由于缺少个性化的颌骨设计,可能存在固位板与颌骨不贴合导致螺钉松动、脱位。因此,个性化髁突假体置换在修复颞下颌关节中具有重要的应用价值。目的:设计一种内部为GYROID结构的个性化髁突假体,用于下颌骨髁突的修复重建。方法:在Rhinoceros 7软件中选择GYROID结构,单胞为6 mm,设置壁厚分别为0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 mm,利用有限元分析GYROID结构的力学性能。3D打印不同壁厚(0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 mm)的GYROID结构实验试件,通过室温压缩实验检测试件的力学性能。通过有限元分析与室温压缩实验结果筛选符合下颌骨力学性能范围的一个壁厚值,对1名成年男性下颌骨CT数据进行逆向建模,设计内部为GYROID结构的髁突假体,采用有限元分析模拟髁突假体置换后牙尖交错颌位与对刃颌位的运动。结果与结论:(1)有限元分析与室温压缩实验结果显示,随着壁厚的增大,GYROID结构的弹性模量增大,其中壁厚0.5-0.7 mm GYROID结构的弹性模量位于下颌骨的弹性模量(1.5-4.0 GPa)范围内,因此选取壁厚值0.6 mm的6 mm单胞GYROID结构模型进行髁突假体的设计;(2)有限元分析结果显示,下颌骨模型的应力分布呈左右对称,两种咬合时的应力分布大致相同,应力峰值无较大差距,应力集中于髁突假体颈部,置换侧受力较健侧略大;内固定模型整体的最大等效应力为269.34 MPa,螺钉的最大等效应力为20.14 MPa,牙尖交错颌位时假体的等效应力和等效应变值均大于对刃颌位时,牙尖交错颌位时螺钉的等效应力和等效应变值均小于对刃颌位时;(3)结果显示个性化GYROID结构髁突假体的设计与固位效果良好,符合下颌骨力学传导。 展开更多
关键词 髁突置换 髁突假体 gyroid结构 三周期极小曲面 有限元分析
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Gyroid三周期极小曲面换热构件流动换热特性
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作者 王兆霖 张志刚 +6 位作者 周静 高琛 彭克臣 姜敏迪 奚溪 徐胜利 刘红 《化工进展》 北大核心 2025年第8期4454-4462,共9页
以三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)Gyroid胞元构造微通道换热器,通过数值模拟方法分析其流动换热特性。对Gyroid胞元的数学描述及结构特征进行了阐述,并对不同尺寸的Gyroid胞元填充的高温换热器换热构件进行了模... 以三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)Gyroid胞元构造微通道换热器,通过数值模拟方法分析其流动换热特性。对Gyroid胞元的数学描述及结构特征进行了阐述,并对不同尺寸的Gyroid胞元填充的高温换热器换热构件进行了模拟计算,将结果进行对比分析并生成了流动换热经验关联式。为了降低压降,提出各向异性Gyroid胞元结构并研究其对流动换热特性的影响。研究结果表明:胞元尺寸越小,Gyroid的换热特性越好,但压降随之增大;研究确定了适用于G型胞元结构的流动换热经验关联式,为TPMS换热器设计提供了基础;在各向异性胞元中,增大流向尺寸可以提升流动换热综合性能,但会牺牲一部分换热性能;减小展向尺寸几乎不影响综合性能,可以同时减小体积和单位长度压降,并提高单位体积换热量。因此,需要综合考虑设计需求。 展开更多
关键词 三周期极小曲面 gyroid胞元 微通道 数值模拟 换热构件
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个性化Gyroid结构髁突假体设计及对关节盘的有限元分析
7
作者 姜婷婷 刘丹瑜 +4 位作者 姜至秀 季俣辰 曹怡琳 宿玉成 王心彧 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2025年第28期6003-6011,共9页
背景:人工髁突假体置换作为治疗颞下颌关节疾病的手术方式之一,不仅要恢复形态和功能,还要保证长期稳定的应用。目的:设计个性化Gyroid结构髁突假体并进行有限元分析。方法:通过软件设计不同壁厚(250,350,450,550,650,750μm)的Gyroid... 背景:人工髁突假体置换作为治疗颞下颌关节疾病的手术方式之一,不仅要恢复形态和功能,还要保证长期稳定的应用。目的:设计个性化Gyroid结构髁突假体并进行有限元分析。方法:通过软件设计不同壁厚(250,350,450,550,650,750μm)的Gyroid结构试件,分别进行有限元模拟压缩实验,检测试件的弹性模量,筛选出与下颌骨松质骨弹性模量相匹配且孔径满足成骨条件的Gyroid结构壁厚区间,对此区间进行细分并利用3D打印技术制作Gyroid结构试件,进行万能试验机力学压缩实验,通过弹性模量与抗压强度筛选符合下颌骨力学性能、孔径更易成骨且强度较小的Gyroid结构壁厚,进行后续实验。设计下颌骨个性化Gyroid结构髁突假体三维模型,分别模拟模型在自然咬合状态下对刃颌位、牙尖交错位的有限元分析。结果与结论:①有限元分析结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构试件的弹性模量升高,其中壁厚350,450,550,650,750μm Gyroid结构试件的弹性模量与下颌骨松质骨弹性模量相匹配,由于后续实验需细分组别且550,650,750μm壁厚组孔径(800-1000μm)在成骨范围内,故筛选出壁厚550,600,650,700,750μm Gyroid结构试件进行万能试验机力学压缩实验;②力学压缩实验结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构试件的弹性模量与抗压强度升高,其中壁厚550,600,650μm Gyroid结构试件的弹性模量在下颌骨松质骨弹性模量范围内,最终选取壁厚650μm、孔径900μm进行下颌骨个性化Gyroid结构髁突假体三维模型构建;③下颌骨个性化Gyroid结构髁突假体三维模型有限元分析结果显示,对刃颌位关节盘应力主要集中在前中带下表面,牙尖交错位关节盘应力主要集中在下表面外侧,左右侧关节盘在对刃颌位、牙尖交错位的最大位移和等效应力相近,最大位移分别为0.031,0.030,0.028,0.018 mm,最大等效应力分别为2.87,2.30,2.73,1.71 MPa;④结果表明,壁厚650μm Gyroid结构符合下颌骨力学性能,降低了钛合金强度、减轻了个性化Gyroid结构髁突假体对关节盘的损伤。 展开更多
关键词 gyroid结构 壁厚 髁突假体 有限元分析 关节盘 颞下颌关节
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基于3D打印的Gyroid结构力学性能研究
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作者 许聪怡 唐诗 +4 位作者 潘嘹 卢立新 王军 唐亚丽 陈曦 《塑料工业》 北大核心 2025年第7期76-81,共6页
三周期极小曲面(TPMS)点阵结构因其卓越的机械性能而受到广泛关注。本文以热塑性聚氨酯(TPU)为基材,利用熔融沉积成型(FDM)技术制备了不同设计参数的Gyroid结构,通过准静态压缩试验结合数字图像相关法(DIC),探究了胞元长度(L)、偏移厚度... 三周期极小曲面(TPMS)点阵结构因其卓越的机械性能而受到广泛关注。本文以热塑性聚氨酯(TPU)为基材,利用熔融沉积成型(FDM)技术制备了不同设计参数的Gyroid结构,通过准静态压缩试验结合数字图像相关法(DIC),探究了胞元长度(L)、偏移厚度(t)和其相对密度(ρ)之间的数学关系,并对Gyroid结构的力学性能、变形模式以及能量吸收性能展开研究。结果表明,L和t与ρ之间存在二元一次数学关系,其中t对ρ的影响更为显著;随着ρ从12.9%增加到43.4%,Gyroid结构压缩应力—应变曲线平台阶段特征逐渐消失;基于Gibson-Ashby公式拟合得到的模型能较好地预测Gyroid结构的弹性模量和平台应力。此外,Gyroid结构在压缩过程中表现出均匀的变形分布,具备优异的能量吸收能力。本文的研究结果可为三周期极小曲面在缓冲材料领域的应用提供相关参考。 展开更多
关键词 热塑性聚氨酯 熔融沉积成型 gyroid结构 设计参数 力学性能
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通过可聚合Gyroid液晶相构建具有双连续纳米通道的聚合物材料 被引量:1
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作者 冯训达 《液晶与显示》 北大核心 2025年第2期329-336,共8页
Gyroid液晶相具有独特的三维互连网络结构,可用于构建兼具精确分子筛选和高效传输性能的聚合物材料,在分子筛、离子交换等领域展现出巨大的应用潜力。本文综述了近年来可聚合Gyroid液晶相的研究进展,重点阐述了两亲分子的设计合成、液... Gyroid液晶相具有独特的三维互连网络结构,可用于构建兼具精确分子筛选和高效传输性能的聚合物材料,在分子筛、离子交换等领域展现出巨大的应用潜力。本文综述了近年来可聚合Gyroid液晶相的研究进展,重点阐述了两亲分子的设计合成、液晶结构的固化以及纳米通道尺寸的控制等关键技术和策略。Gyroid液晶相的立方体空间特性和负高斯曲率几何形态赋予了聚合物材料独特的优势,但也带来了合成和结构保持方面的挑战。最新的研究致力于通过开发新型单体和优化结构保持机制来克服这些挑战,例如,利用分子间相互作用稳定Gyroid相、简化合成路线并降低成本。此外,通过精确控制纳米通道的尺寸和形貌,以及将可聚合Gyroid液晶相与其他功能材料结合,可进一步拓展其应用范围。相信随着研究的深入,基于可聚合Gyroid液晶相的聚合物材料将在更多领域,如水处理、离子传输、药物输送和催化等,发挥重要作用。 展开更多
关键词 gyroid液晶 可聚合液晶 双连续纳米通道
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3D打印Gyroid结构TC4上颌骨仿生支架制备及表面微纳形貌的性能研究
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作者 陈贺 王心彧 +3 位作者 韩泽奎 王怀升 臧旖欣 刘璐 《中华老年口腔医学杂志》 2025年第1期63-68,共6页
目的探索Gyroid结构试件表面构建微纳复合形貌对力学和生物学性能的影响,设计并制备修复上颌骨缺损的仿生支架。方法设计和制造壁厚0.25 mm、0.3 mm、0.35 mm、0.4 mm、0.45 mm的Gyroid结构力学模型,基于力学压缩试验筛选适用于修复上... 目的探索Gyroid结构试件表面构建微纳复合形貌对力学和生物学性能的影响,设计并制备修复上颌骨缺损的仿生支架。方法设计和制造壁厚0.25 mm、0.3 mm、0.35 mm、0.4 mm、0.45 mm的Gyroid结构力学模型,基于力学压缩试验筛选适用于修复上颌骨缺损的Gyroid结构壁厚,设计并通过激光选区熔化技术(selective laser melting,SLM)制备上颌骨修复支架。表面处理实验分组为SLM组(常规处理)、SLA组(Al_(2)O_(3)喷砂+酸处理)、SAN组(Al_(2)O_(3)喷砂+酸处理+阳极氧化),观测表面形貌、粗糙度、静态接触角,对比表面处理后各组弹性模量。将试件与小鼠胚胎成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)共培养,通过细胞增殖、细胞形态、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性分析试件对细胞增殖和分化的影响。结果0.35 mm壁厚Gyroid结构弹性模量为(2.78±0.03)Gpa,适用于上颌骨支架。同一壁厚下,表面处理前后试件弹性模量差异不具有统计学显著性(P>0.05)。SAN组的细胞增殖、细胞形态、ALP活性优于SLA组、SLM组(P<0.05)。结论0.35 mm壁厚的Gyroid结构经表面处理后对其力学性能影响不大,微纳复合形貌Gyroid结构表面具备较满意的细胞相容性和成骨效果。 展开更多
关键词 gyroid结构 3D打印 上颌骨缺损 微纳复合结构
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3D Printing of Hierarchical Gyroid Hydroxyapatite-Akermanite Scaffolds with Improved Compressive Strength
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作者 HUA Shuaibin PENG Chang +4 位作者 CHENG Lijin WU Jiamin ZHANG Xiaoyan WANG Xiumei SHI Yusheng 《硅酸盐学报》 北大核心 2025年第9期2706-2717,共12页
Introduction It is necessary for an ideal bioceramic scaffold to have a suitable structure.The structure can affect the mechanical properties of the scaffold(i.e.,elastic modulus and compressive strength)and the biolo... Introduction It is necessary for an ideal bioceramic scaffold to have a suitable structure.The structure can affect the mechanical properties of the scaffold(i.e.,elastic modulus and compressive strength)and the biological properties of the scaffold(i.e.,degradability and cell growth rate).Lattice structure is a kind of periodic porous structure,which has some advantages of light weight and high strength,and is widely used in the preparation of bioceramic scaffolders.For the structure of the scaffold,high porosity and large pore size are important for bone growth,bone integration and promoting good mechanical interlocking between neighboring bones and the scaffold.However,scaffolds with a high porosity often lack mechanical strength.In addition,different parts of the bone have different structural requirements.In this paper,scaffolds with a non-uniform structure or a hierarchical structure were designed,with loose and porous exterior to facilitate cell adhesion,osteogenic differentiation and vascularization as well as relatively dense interior to provide sufficient mechanical support for bone repair.Methods In this work,composite ceramics scaffolds with 10%akermanite content were prepared by DLP technology.The scaffold had a high porosity outside to promote the growth of bone tissue,and a low porosity inside to withstand external forces.The compressive strength,fracture form,in-vitro degradation performance and bioactivity of graded bioceramic scaffolds were investigated.The models of scaffolds were imported into the DLP printer with a 405 nm light.The samples were printed with the intensity of 8 mJ/cm^(2)and a layer thickness of 50μm.Finally,the ceramic samples were sintered at 1100℃.The degradability of the hierarchical gyroid bioceramic scaffolds was evaluated through immersion in Tris-HCl solution and SBF solution at a ratio of 200 mL/g.The bioactivity of bioceramic was obtained via immersing them in SBF solution for two weeks.The concentrations of calcium,phosphate,silicon,and magnesium ions in the soaking solution were determined by an inductively coupled plasma optical emission spectrometer.Results and discussion In this work,a hierarchical Gyroid structure HA-AK10 scaffold(sintered at 1100℃)with a radial internal porosity of 50%and an external porosity of 70%is prepared,and the influence of structural form on the compressive strength and degradation performance of the scaffold is investigated.The biological activity of the bioceramics in vitro is also verified.The mechanical simulation results show that the stress distribution corresponds to the porosity distribution of the structure,and the low porosity is larger and the overall stress concentration phenomenon does not appear.After soaking in SBF solution,Si—OH is firstly formed on the surface of bioceramics,and then silicon gel layer is produced due to the presence of calcium and silicon ions.The silicon gel layer is dissociated into negatively charged groups under alkaline environment secondary adsorption of calcium ions and phosphate ions,forming amorphous calcium phosphate,and finally amorphous calcium phosphate crystals and adsorption of carbonate ions,forming carbonate hydroxyapatite.This indicates that the composite bioceramics have a good biological activity in-vitro and can provide a good environment for the growth of bone cells.A hierarchical Gyroid ceramic scaffold with a bone geometry is prepared via applying the hierarchical structure to the bone contour scaffold.The maximum load capacity of the hierarchical Gyroid ceramic scaffold is 8 times that of the uniform structure.Conclusions The hierarchical structure scaffold designed had good overall compressive performance,good degradation performance,and still maintained a good mechanical stability during degradation.In addition,in-vitro biological experimental results showed that the surface graded composite scaffold could have a good in-vitro biological activity and provide a good environment for bone cells.Compared to the heterosexual structure,the graded scaffold had greater mechanical properties. 展开更多
关键词 bioceramic scaffolds hierarchical gyroid structure compressive strength bioactivity digital light processing
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Enhancing angiogenesis and osseointegration through a double gyroid Ti6Al4V scaffold with triply periodic minimal surface
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作者 Hao Liu Hao Chen +9 位作者 Bin Sun Danyang Fan Aobo Zhang Hanqiang Liu Hexiang Wei Wenbo Yang Yongyue Li Peng Xia Qing Han Jincheng Wang 《Bio-Design and Manufacturing》 2025年第1期36-54,I0013-I0017,共24页
The pore structure of porous scaffolds plays a crucial role in bone repair.The prevalent bone implant structure in clinical practice is the traditional cubic structure.However,the traditional cubic structure exhibits ... The pore structure of porous scaffolds plays a crucial role in bone repair.The prevalent bone implant structure in clinical practice is the traditional cubic structure.However,the traditional cubic structure exhibits sharp edges and junctions that are not conducive to cell adhesion or growth.In this study,a double gyroid(DG)Ti6Al4V scaffold based on a triply periodic minimal surface(TPMS)structure was devised,and the osseointegration performance of DG structural scaffolds with varying porosities was investigated.Compression tests revealed that the elastic modulus and compressive strength of DG structural scaffolds were sufficient for orthopedic implants.In vitro cellular experiments demonstrated that the DG structure significantly enhanced cell proliferation,vascularization,and osteogenic differentiation compared to the cubic structure.The DG structure with 55%porosity exhibited the most favorable outcomes.In vivo experiments in rabbits further demonstrated that DG scaffolds could promote neovascularization and bone regeneration and maturation;those with 55%porosity performed best.Comparing the surface area,specific surface area per unit volume,and internal flow distribution characteristics of gyroid and DG structure scaffolds,the latter are more conducive to cell adhesion and growth within scaffolds.This study underscored the potential of DG scaffolds based on the TPMS structure in optimizing the pore structure design of titanium scaffolds,inducing angiogenesis,and advancing the clinical application of titanium scaffolds for repairing bone defects. 展开更多
关键词 Double gyroid Triply periodic minimal surface OSSEOINTEGRATION ANGIOGENESIS
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Effect of Additive Manufactured Gyroid Porous Structure of Hybrid Gradients on Mechanical and Failure Properties 被引量:3
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作者 Xin Lin Ruitong Zhang +2 位作者 Wenfeng Lu Kunpeng Zhu Binbin Dan 《Additive Manufacturing Frontiers》 2024年第3期11-24,共14页
In bone tissue engineering,good structural and forming qualities are prerequisites for the long-term implantation of scaffolds.To mitigate the stress-shielding effect between porous bone scaffolds and the human skelet... In bone tissue engineering,good structural and forming qualities are prerequisites for the long-term implantation of scaffolds.To mitigate the stress-shielding effect between porous bone scaffolds and the human skeleton,this study proposes a method for designing non-linear gradient gyroid porous structures with radial-axial hybrid gra-dients that are precisely controlled by multivariate polynomial functions to simulate human bone characteristics.The influence of the volumetric energy density on the forming quality of the porous structures was evaluated by characterizing the internal strut morphology and measuring the strut width and porosity.Finite element analysis combined with experimental observations revealed that during compression,the thin struts at the top and bottom of the hybrid-gradient porous structure deformed first,and the compressive stress and shear stress were gradually transferred from the thin struts at the upper and lower ends of the structure to the thicker struts in the middle.Compared with the axial gradient,the edge struts of the hybrid-gradient porous structures can withstand higher shear and compressive stresses.Furthermore,owing to the variation in the radial gradient,compared to struc-tures with 20%axial porosity variation,the hybrid-gradient porous structure with 40%radial porosity variation and 20%axial porosity variation exhibited an 18.10%increase in elastic modulus and a 4.29%increase in yield strength.Additionally,its effective energy absorption was 20.39%higher than that of the homogeneous structures.Compared to radial-gradient porous structures,the hybrid-gradient porous structure showed a lower sensitivity of the elastic modulus and yield strength to the volumetric energy density. 展开更多
关键词 gyroid porous structure Hybrid gradient Additive manufacturing Mechanical properties Triple-periodic minimal surfaces
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Gyroid Triply Periodic Minimal Surface Lattice Structure Enables Improved Superelasticity of CuAlMn Shape Memory Alloy
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作者 Mengwei Wu Chunmei Ma +1 位作者 Ruiping Liu Huadong Fu 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期1047-1065,共19页
Improving the shape memory effect and superelasticity of Cu-based shape memory alloys(SMAs)has always been a research hotspot in many countries.This work systematically investigates the effects of Gyroid triply period... Improving the shape memory effect and superelasticity of Cu-based shape memory alloys(SMAs)has always been a research hotspot in many countries.This work systematically investigates the effects of Gyroid triply periodic minimal surface(TPMS)lattice structures with different unit sizes and volume fractions on the manufacturing viability,compressive mechanical response,superelasticity and heating recovery properties of CuAlMn SMAs.The results show that the increased specific surface area of the lattice structure leads to increased powder adhesion,making the manufacturability proportional to the unit size and volume fraction.The compressive response of the CuAlMn SMAs Gyroid TPMS lattice structure is negatively correlated with the unit size and positively correlated with the volume fraction.The superelastic recovery of all CuAlMn SMAs with Gyroid TPMS lattice structures is within 5%when the cyclic cumulative strain is set to be 10%.The lattice structure shows the maximum superelasticity when the unit size is 3.00 mm and the volume fraction is 12%,and after heating recovery,the total recovery strain increases as the volume fraction increases.This study introduces a new strategy to enhance the superelastic properties and expand the applications of CuAlMn SMAs in soft robotics,medical equipment,aerospace and other fields. 展开更多
关键词 Shape memory alloys SUPERELASTICITY gyroid triply periodic minimal surface(TPMS)lattice structure Selective laser melting(SLM)
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3D打印梯度Gyroid结构的动态冲击响应 被引量:6
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作者 厉雪 肖李军 宋卫东 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期88-97,共10页
利用ANSYS/LS-DYNA对均匀及梯度Gyroid结构进行准静态与动态压缩数值模拟,分析其应力分布、变形模式、承载能力以及吸能特性。对3D打印的316L不锈钢试样实施了单轴拉伸实验,获取了相应的材料参数,建立了Gyroid结构有限元模型,进而对其... 利用ANSYS/LS-DYNA对均匀及梯度Gyroid结构进行准静态与动态压缩数值模拟,分析其应力分布、变形模式、承载能力以及吸能特性。对3D打印的316L不锈钢试样实施了单轴拉伸实验,获取了相应的材料参数,建立了Gyroid结构有限元模型,进而对其动态力学响应进行了数值仿真。结果表明:均匀结构呈现出较均匀的变形模式,梯度结构为低密度端向高密度端传播的逐层变形模式;两种结构均呈现明显的应变率敏感性,且负梯度结构的应变率敏感性最明显;在相同的加载速度下,负梯度结构的吸能效率最高,且具有最低的支撑端应力,是最佳的防护结构。研究结果可为冲击载荷下防护结构的设计选型提供参考。 展开更多
关键词 最小三维周期曲面 gyroid结构 3D打印 抗冲击性能 变形模式 吸能特性
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均一与梯度孔隙率Gyroid结构力学性能研究及多孔种植体增材制造 被引量:2
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作者 宋颐函 郑晓晓 +4 位作者 孙子惠 张岩 韩泽奎 宿玉成 王心彧 《中国口腔种植学杂志》 2023年第3期204-209,共6页
目的研究不同孔隙率及梯度孔隙率Gyroid结构力学性能,设计并制备新型多孔种植体。方法通过MSLattice和Magics软件建立均一孔隙率为60%、65%、70%、75%、80%和60%~80%梯度的Gyroid结构模型,分别通过有限元分析及力学压缩试验对比不同孔隙... 目的研究不同孔隙率及梯度孔隙率Gyroid结构力学性能,设计并制备新型多孔种植体。方法通过MSLattice和Magics软件建立均一孔隙率为60%、65%、70%、75%、80%和60%~80%梯度的Gyroid结构模型,分别通过有限元分析及力学压缩试验对比不同孔隙率Gyroid结构力学性能,设计并通过激光选区熔融技术(selective laser melting,SLM)3D打印新型多孔种植体。结果随着孔隙率的上升,Gyroid结构的弹性模量和抗压强度下降。同一孔隙率下,SLA前后Gyroid结构的弹性模量差异不具有统计学显著性(P>0.05),梯度Gyroid结构的最大抗压应变均低于各均一孔隙率Gyroid结构。结论梯度Gyroid结构匹配了骨皮质及骨松质的弹性模量,且强度与人骨相近,具有优异的力学性能,有望应用在口腔种植体上。 展开更多
关键词 gyroid结构 3D打印 多孔种植体 激光选区熔融技术
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Feeding Effect of Codariocalyx gyroides on Meat Rabbits
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作者 Yao Na Huang Yilong +3 位作者 Zeng Fanquan Deng Suyuan Lai Dawei Wei Jinyi 《Animal Husbandry and Feed Science》 CAS 2019年第1期9-11,共3页
To explore the feeding effect of Codariocalyx gyroides on meat rabbits, 30 healthy meat rabbits at the age of 50 days were randomly divided into five groups(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ and Ⅴ), six rabbits each group. Rabbits in expe... To explore the feeding effect of Codariocalyx gyroides on meat rabbits, 30 healthy meat rabbits at the age of 50 days were randomly divided into five groups(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ and Ⅴ), six rabbits each group. Rabbits in experimental groups Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ and Ⅳ were fed with different quantita-tive complete formula feed and unlimited fresh grass of C. gyroides, and those in group Ⅴ(control group) were fed with complete formula feed. The indicators such as feed intake and growth performance were measured after 60 d. The results showed that the gaining effects of meat rabbits in ex-perimental groups Ⅳ and Ⅲ were most obvious, and the daily gain reached(25.75 ±3.00) and(24.50±1.95) g, 20.72% and 14.86% higher than those in control group, respectively. The conversion efficiency of dry matter in experimental group Ⅲ was the highest, and only 2.99 g of C. gyroides and compound feed dry matter was consumed for the growth of 1 g of rabbit meat, receiving significant economic benefit. 展开更多
关键词 Codariocalyx gyroides MEAT RABBIT Growth performance ECONOMIC BENEFIT FORAGE CONVERSION efficiency
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Modeling continuous traffic flow with the average velocity effect of multiple vehicles ahead on gyroidal roads 被引量:1
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作者 Cong Zhai Weitiao Wu Yingping Xiao 《Digital Transportation and Safety》 2023年第2期124-138,共15页
In the future connected vehicle environment,the information of multiple vehicles ahead can be readily collected in real-time,such as the velocity or headway,which provides more opportunities for information exchange a... In the future connected vehicle environment,the information of multiple vehicles ahead can be readily collected in real-time,such as the velocity or headway,which provides more opportunities for information exchange and cooperative control.Meanwhile,gyroidal roads are one of the fundamental road patterns prevalent in mountainous areas.To effectively control the system,it is therefore significant to explore the evolution mechanism of traffic flow on gyroidal roads under a connected vehicle environment.In this paper,we present a new continuum model with the average velocity of multiple vehicles ahead on gyroidal roads.The stability criterion and KdV-Burger equation are deduced via linear and nonlinear stability analysis,respectively.Solving the above KdV-Burger equation yields the density wave solution,which explores the formation and propagation property of traffic jams near the neutral stability curve.Simulation examples verify that the model can reproduce complex phenomena,such as shock waves and rarefaction waves.The analysis of the local cluster effect shows that the number of vehicles ahead and the radius information,and the slope information of gyroidal roads can exert a great influence on traffic jams.The effect of the first and second terms are positive,while the last term is negative. 展开更多
关键词 Average velocity of multiple vehicles ahead gyroidal roads Continuum model Stability KdV-Burger equation
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不同类型镍钛合金Gyroid点阵结构的激光选区熔化成形质量和力学性能研究 被引量:1
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作者 李毅 王晓强 +2 位作者 陈志桥 文世峰 史玉升 《中国激光》 北大核心 2025年第8期179-191,共13页
采用激光选区熔化(SLM)技术制备了镍钛(NiTi)合金螺旋二十四面体薄片(G-sheet)和螺旋二十四面体实体(G-solid)点阵结构,结合有限元模拟系统研究了SLM成形两种螺旋二十四面体(Gyroid)点阵结构的成形质量、相变行为和压缩性能等。研究结... 采用激光选区熔化(SLM)技术制备了镍钛(NiTi)合金螺旋二十四面体薄片(G-sheet)和螺旋二十四面体实体(G-solid)点阵结构,结合有限元模拟系统研究了SLM成形两种螺旋二十四面体(Gyroid)点阵结构的成形质量、相变行为和压缩性能等。研究结果表明:两种SLM成形Gyroid点阵结构的压缩曲线均呈现出三个阶段:弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、结构逐层失效阶段。此外,两种SLM成形镍钛合金Gyroid点阵结构具有优异的能量吸收能力,G-solid点阵结构的吸收总能量低于G-sheet点阵结构。值得注意的是,在压缩过程中G-sheet和G-solid点阵结构的应力分别集中在倾斜曲面的连接处和斜杆中间位置,并且随着压缩量的增加而增大。总体而言,通过激光选区熔化技术制造的两种NiTi合金Gyroid点阵结构结合了NiTi合金和三周期极小曲面(TPMS)点阵结构的优点,展现出优异的能量吸收性能。研究结果为NiTi合金Gyroid点阵结构在能量吸收装置中的应用提供了设计思路和理论指导。 展开更多
关键词 NITI合金 gyroid点阵结构 激光选区熔化 力学性能 有限元模拟
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基于激光粉末床熔融成形的Gyroid结构参数化调整对其压缩力学行为的影响
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作者 金珊 王智勇 +5 位作者 张毓昊 饶理想 张新春 王瑞 司艳芳 赵俊皓 《铸造》 2025年第12期1549-1558,共10页
基于激光粉末床熔融(LPBF)技术,系统探究了Gyroid三周期极小曲面(TPMS)结构的参数化调整对其压缩力学行为的影响。通过调控晶胞尺寸、壁厚及中性面偏置等关键参数,结合试验与数值分析,揭示了结构参数与力学性能的关联规律。研究结果表明... 基于激光粉末床熔融(LPBF)技术,系统探究了Gyroid三周期极小曲面(TPMS)结构的参数化调整对其压缩力学行为的影响。通过调控晶胞尺寸、壁厚及中性面偏置等关键参数,结合试验与数值分析,揭示了结构参数与力学性能的关联规律。研究结果表明,壁厚每增加0.1 mm可使屈服强度提升25%~50%,抗压强度增长显著;减小晶胞尺寸可显著提高抗压强度(145~600 MPa)和屈服强度(80~240 MPa);中性面偏置值C=±0.3时致密度峰值达40.1%,力学性能最优。研究发现壁厚与中性面偏置协同调控可平衡轻量化与承载需求,为航空航天及汽车轻量化设计中TPMS结构的参数化优化提供了理论依据与试验支持。 展开更多
关键词 激光粉末床熔覆 TPMS结构 gyroid结构 结构参数 压缩行为
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