基于形状记忆聚合物的骨折外固定器件研究

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1、硕士学位论文基于形状记忆聚合物的骨折外固定器件研究THERESEARCHOFFRACTUREEXTERNALFIXATORBASEDONSHAPEMEMORYPOLYMERS孙梅哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O34学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工程硕士学位论文基于形状记忆聚合物的骨折外固定器件研究硕士研究生：孙梅导师：樊久铭教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O34U.D.C:531Dissertati

2、onfortheMasterDegreeinEngineeringTHERESEARCHOFFRACTUREEXTERNALFIXATORBASEDONSHAPEMEMORYPOLYMERSCandidate：SunMeiSupervisor：Prof.FanJiumingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degre

3、e-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要形状记忆聚合物是一类在外界激励条件下可发生较大可回复变形的智能材料，具有主动变形的功能，良好的承载能力。现如今，形状记忆聚合物经过设计可具有生物相容性、可控生物降解等良好的生物特性，因此已被广泛应用到生物医学领域。骨折是人们日常生活中常见的一种创伤，但是传统的骨折的治疗方法还存在诸多技术难题无法克服，比如石膏绷带固定时松紧度难以掌控，容易压迫组织，出现过敏引起并发症，后期可能会因肢体消肿管型过松而致骨折

4、端移位。本文欲着眼于传统的骨折治疗方法存在的问题和缺陷，利用形状记忆聚合物提供一种固定牢靠、塑性良好、松紧可调、材质轻盈的骨折外固定器件。（1）介绍形状记忆聚合物的生物特性并对其力学性能进行了表征，包括动态力学分析、恒温蠕变和应力松弛实验以及疲劳实验，得到相关材料常数。（2）引入Tobushi等的形状记忆聚合物粘弹性本构理论，得到形状记忆聚合物本构方程的雅克比矩阵，然后将相应的程序导入abaqus，实现了形状记忆聚合物热力学行为的模拟。通过对形状记忆聚合物加温加载、降温、卸载、再次加载，模拟了形状记忆聚合物的加载变形、受热主动回复原始形状

5、的整个形状记忆过程，得出骨折固定器选用形状记忆材料，可以通过主动变形实现松紧可调的可行性。（3）设计了形状记忆聚合物的螺旋体结构，然后分别建立对胫腓骨以及股骨骨折外固定模型。利用abaqus有限元软件分析模型在不同情况的载荷下，螺旋体和人体相关组织的应力应变位移等，计算分析螺旋体结构的可靠性以及骨折断端处的相对位移。（4）详细介绍形状记忆聚合物骨折外固定器件的工艺和制作过程，然后通过实验验证形状记忆聚合物的自适应回复特性，从而能够体现外固定器的可操作性和优越性能。关键词：形状记忆聚合物；骨折；外固定；ABAQUS仿真模拟-I-哈尔滨工业大

6、学工程硕士学位论文AbstractShapememorypolymerisaclassofsmartmaterialwhichcanproducethelargerecoverabledeformationundertheexternalexcitationcondition.Ithasastructurecarryingcapacityandanactivedeformationfunction.Nowadays,theshapememorypolymerisdesignedtobebiocompatible,controlledbio

7、degradableandhaveotherbiologicalcharacteristics,soithasbeenwidelyappliedtothefieldofthebiomedicine.FractureisacommonTraumaindailylife,however,fortraditionalmethodsoffracturetreatmenttherearestillmanytechnicalproblemsthatcannotbeovercome.Forexample,thetightnessofplasterban

8、dageisdifficulttocontrol,easytocompresstissueandcauseallergies.Thelatterfracturedlimbmaybedispla