摘要：以股骨干骨折的接骨板内固定方式为研究对象,开发了一个综合性的生物力学实验。在传统静态应变仪采集应变片数据的基础上,结合三维数字散斑动态应变测量系统分析接骨板固定骨折的股骨在压力载荷的作用下发生的变形、接骨板及骨上的应力分布特点。实验结果显示:当螺钉数量较少时,接骨板的弯曲变形增大,增加了接骨板塑性变形及疲劳断裂的可能性;骨折断口下侧的螺钉的应力明显高于上侧的螺钉,因过载导致塑性变形及疲劳断裂的可能性大。该实验有利于提高学生分析处理问题能力,激发了学生的科研积极性。

摘要：介绍了先进制造技术综合性创新实验的开发思路、实验内容、实施方法以及达到的效果。该综合性实验围绕"计算机辅助设计、数控加工、三坐标测量仪检测"这一过程,将先进制造技术的相关专业课程的理论知识与实践结合起来,充分调动了学生的积极性,提高了学生的动手能力,培养了学生在实践中的解决工程问题的能力。

摘要：利用逆向工程与3D打印技术定制了患者的胫骨干骨折模型,对Orthofix单边外固定器固定胫骨干骨折方式的生物力学进行了研究。通过设计正交试验方案,采用XTDIC三维全场变形测量系统对Schanz钉在针夹上的分布、最外侧Schanz钉到骨折断端的距离、胫骨到外固定器的距离三种因素对Schanz钉的变形进行了测量。实验结果表明:当Schanz钉数量较少时,在压力载荷作用下会造成Schanz钉的弯曲变形增大,增加了外固定器塑性变形及疲劳断裂的可能性。根据综合九种方案的力学分析结果,外固定器到胫骨的距离对Schanz钉的变形影响最显著。当在针夹上安装6根Schanz钉,外侧Schanz钉到骨折断端的距离为120 mm和外固定器到胫骨的距离为30 mm时的方案综合性能最优。

摘要：人工关节材料表面的摩擦学性能和生物学性能一直是制约其使用性能及服役时间的关键因素。表面织构是指采用合适的加工工艺,不改变材料本身的条件下,在其表面制备特定形状、排布和尺寸的微结构阵列,以获得特殊的表面性能,合理的表面织构化设计已被证明具有改善摩擦及生物学性能的能力,但尚未形成明确的设计准则。讨论了表面织构对摩擦学性能与生物学性能的影响,并对织构化人工关节下一步的研究工作进行了展望。

摘要：为了研究钛合金网架的置入对所设计的钛合金-生物陶瓷复合结构人工骨支架的影响,利用Ansys软件建立了钛合金网架、生物陶瓷支架及复合结构人工骨支架,分析了复合结构的力学性能,以及钛合金网架的横梁和立柱的直径及受力面积对支架力学性能的影响。结果表明:钛合金网架结构的置入有助于提高复合结构支架的力学性能,增加钛合金立柱的列数与直径有助于提高生物陶瓷支架的力学性能。

摘要：开发了一个基于3D打印技术,将三维CAD设计、有限元分析、3D打印、逆向工程等先进技术相结合的综合性创新实验。以微型四旋翼飞行器机身的轻量化设计为目标,用三维CAD软件设计机身结构,通过ANSYS软件对机身结构进行有限元分析,利用3D打印制作出机身,使用手持三维扫描仪对打印的机身进行三维重构和精度分析。该创新实验培养了学生的工程设计思维、综合分析思维、数字化思维和创新意识,提高了学生的动手实践能力,取得了良好的教学效果。

摘要：背景:万古霉素为骨髓炎治疗首选抗生素之一,局部给药不仅能发挥其抗菌作用,而且还能大幅减少全身不良反应。目的:优选万古霉素-聚富马酸丙二醇酯/聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球的制备工艺,并考察其体外释放行为及细胞毒性。方法:采用复乳溶剂挥发法(W1/O/W2)制备万古霉素-聚富马酸丙二醇酯/聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球,以微球的包封率和载药量为评价指标,应用星点设计-效应面法考察聚富马酸丙二醇酯和聚乳酸-羟基乙酸共聚物质量比、聚富马酸丙二醇酯和聚乳酸-羟基乙酸共聚物与万古霉素的质量比、二氯甲烷浓度对制备工艺的影响,对结果进行多元线性回归和二项式拟合,效应面法优选最佳工艺条件,测量微球的粒径、ζ电位、体外释放行为及细胞毒性。结果与结论:(1)成功制备了微球,优选聚合物微球的最佳制备工艺为:聚富马酸丙二醇酯与聚乳酸-羟基乙酸共聚物的质量比=2.41、聚富马酸丙二醇酯/聚乳酸-羟基乙酸共聚物与药物质量比=3.56、CH2Cl2浓度为129.73 g/L,实测平均包封率为83.38%,与预测值相比偏差为0.63%;实测平均载药量为18.19%,与预测值相比偏差为0.55%;(2)最佳工艺制得微球的平均粒径为103.902μm,ζ电位为-21.5 mV;微球体外3 d后累计释药量为(22.90±0.55)%,28 d后累计释放量达(43.57±1.02)%,28 d后微球释药明显增快,42 d时累计释放量为(97.89±1.39)%;微球细胞毒性分级为1级;(3)星点设计-效应面法优化微球制备工艺预测性良好,所优化的制备工艺重现性好、简单易行,所制备的微球具有较好的体外缓释特性和生物相容性。

摘要：开发了基于3D打印模型的快速模具制造实验,说明了实验的开发思路、实验内容、实验过程的实施及效果。以3D打印模型为“母模”,制作硅橡胶模具、石膏模具、砂型模具等快速模具。加深了对计算机辅助设计与制造技术、先进制造技术、铸造工艺技术等理论课程的认识,给学生提供了综合性的实验平台,不仅提高了学生的实践动手能力、创新能力、解决工程问题的能力,而且进一步提高了学生在创新实验过程中的自主性、积极性。

摘要：运动头盔作为骑行运动的防护装备,在娱乐、锻炼和通勤方面越来越受欢迎。传统的运动头盔在安全性与舒适性上并不能满足大众需求,而个性化轻量化设计因为结构和材料的复杂性而被认为是不切实际的。近年来增材制造技术的发展使得运动头盔的个性化轻量化设计制造成为可能。回顾运动头盔的发展现状,然后针对运动头盔轻量化、个性化的发展趋势,介绍了用于头盔生产制造的主流3D打印技术的基本原理与特点,包括熔融沉积成型、选择性激光烧结成型和多射流熔融成型3D打印技术。最后,介绍和分析了国内外基于3D打印技术制造个性化、轻量化运动头盔的经典案例,结合个性化、轻量化运动头盔的发展需求,预测了未来3D打印技术主要发展趋势与技术挑战。

摘要：为了分析髌骨脱位患者行走步态下的髌股关节内生物力学表现,建立了健康髌股关节、Ⅰ度髌骨脱位和Ⅱ度髌骨脱位的髌股关节有限元模型,利用逆动力学仿真输出了步态周期中所需的关节力与肌肉力作为有限元分析载荷边界条件,并计算分析步态支撑期内3组模型在4种屈膝角度(10°、20°、26°、30°)时刻的髌股关节应力分布和接触面积.研究结果表明髌股关节间过大的接触应力和接触面积的减小是导致膝前痛患者出现疼痛和代偿性步态的原因,Ⅱ度髌骨脱位患者症状更为严重.4种角度下Ⅰ度髌股脱位关节股骨侧的关节间应力峰值为8.67 MPa,髌骨侧为10.56 MPa,相比健康关节分别增加了354%和293%;Ⅱ度髌股脱位关节股骨侧的关节间应力峰值为14.27 MPa,髌骨侧为14.88 MPa,相比健康关节分别增加了647%和453%;在取得应力峰值的角度下Ⅰ度髌骨脱位和Ⅱ度髌骨脱位模型的关节间接触面积分别是健康关节的29.12%和25.41%;异常的关节间接触面和过高的关节间应力导致髌骨脱位模型的应力峰值屈膝角度由20°变为30°,并引起关节软骨退变.