导读:本文包含了仿生设计与制造论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:骨支架,微结构,增材制造
仿生设计与制造论文文献综述
吕永涛,赵文英,杨晨,吴承伟[1]（2018）在《基于增材制造的骨支架微结构仿生设计及性能研究》一文中研究指出目的近年来,随着临床对骨植入材料需求的日益增多及自体/异体取骨副作用的凸现,对人工骨支架的开发已变得日益紧迫,但现有骨支架中还存在很多问题亟待解决。增材制造技术具有的制备个性化和复杂宏/微观结构的能力为骨支架的制备带来了新契机。基于增材制造技术设计和制备性能优越的新一代仿生骨支架。方法 建立微结构具有3次周期极小曲面(TPMS)特征的Gyroid、Diamond、Schwarz P和F-RD 4类仿生骨支架,及具有方形和圆形微结构的传统骨支架模型;利用数值模拟及力学实验建立骨支架等效力学性能(压缩及剪切性能等)及(本文来源于《第十二届全国生物力学学术会议暨第十四届全国生物流变学学术会议会议论文摘要汇编》期刊2018-08-17）
闻章鲁[2]（2017）在《基于贝壳珍珠层特征的金属仿生设计和电弧增材制造研究》一文中研究指出天然贝壳的组成结构与力学性能之间存在最佳的匹配规律。贝壳的珍珠层有着"软-硬"交织的层状复合结构和优异的力学性能,这为高性能仿生材料的设计及制造提供了新思路。在研究生物材料的过程中不断开发仿生材料制造新方法已成为研究重点。本文以背角无齿蚌为研究对象,探究其材料组成、微观结构及力学性能特征,分析总结其组成结构与力学性能之间的关系。仿照贝壳珍珠层的结构特点,进行仿生金属结构件的设计,通过TIG电弧增材制造方法打印出具有仿贝壳珍珠层结构的金属结构件,并对其显微组织及力学性能进行研究,用以验证天然贝壳材料的强韧化机制。背角无齿蚌主要成分是CaCO_3,由棱柱层和珍珠层构成。密度分布四周较大,向顶部收拢过程中逐渐减小。新鲜贝壳抗弯强度为29.8MPa,加热后明显降低,为3.37MPa。棱柱层的硬度为4～5GPa,弹性模量为60GPa左右;珍珠层的硬度为3.5GPa,弹性模量为70GPa左右,棱柱层比珍珠层硬度大而抗弹性变形能力差。珍珠层的裂纹扩展路径说明,"软硬"交织的结构特征是珍珠层强韧化的关键因素。分析总结得出天然贝壳材料的增韧机制主要有:裂纹偏转、文石片拔出和有机质的连接。仿生电弧增材制造中的焊缝宽度、高度和焊接速度成反比,和焊接电流成正比。搭接率的增加可以提高堆积层上表面的平整度,成形质量更好,搭接率η=33%,成形质量最佳;搭接率η大于50%时容易造成金属结构件向一侧或两侧坍塌。不锈钢结构件底部焊缝的组织为胞状Y奥氏体,夹杂极少蠕虫状δ铁素体;中部组织为γ奥氏体+δ铁素体;最后一层焊缝的组织为β+δ两相区和β相区,其中γ相区又分为胞状β相区和柱状β相区。沿着堆积方向从下到上,晶粒越来越细小;重熔区组织的生长方向垂直于熔合线指向熔池中心;结构件内部组织呈从下往上生长趋势,顶部区域组织生长方向随散热方向改变而发生改变。不锈钢和高氮钢沿堆积方向的硬度从下到上逐渐上升,高氮钢硬度局部呈"V"形变化;两种材料交织结构件的硬度变化趋势呈正弦波形状,波峰为高氮钢硬度,波谷为不锈钢硬度。不锈钢、高氮钢和两种材料交织结构件沿垂直于堆积方向的抗拉强度和塑性都优于堆积方向,不锈钢相对于高氮钢强度小、塑性高;两种材料交织结构件塑性大于高氮钢,低于不锈钢,强度大于不锈钢,低于高氮钢;随高氮钢与不锈钢层数比的增加,其抗拉强度增大而塑性减小;不锈钢、高氮钢沿垂直于单元层方向的冲击功小于平行于单元层方向,高氮钢抗冲击性能小于不锈钢;两种材料交织结构件的冲击功相对高氮钢有所提升,但未达到不锈钢水平,且随高氮钢与不锈钢层数比的增大而减小。(本文来源于《南京理工大学》期刊2017-03-01）
关会英[3]（2015）在《微尺度生物表面疏水防雾机理与仿生设计制造》一文中研究指出结雾现象是指空气中一定量的水蒸汽冷却到露点以下，水蒸汽达到饱和时基材表面就会冷凝析出许多微小水滴。这些水滴一方面改变了基材表面的光学性质，影响了透明基材的透光性，另一方面会使基材表面不同程度地变湿、从而引起潮湿、腐蚀等次生问题。目前主要的防雾方法是通过调制材料表面的润湿性能，使基材表面高度亲水或高度疏水，进而实现防雾目的。但亲水性防雾方法无法改变其“湿”的本质，因此，疏水性防雾方法逐渐被重视起来。自然一直是工程创新的重要源泉，生物亿万年进化的结果是其现存的功能与其结构之间保持着最佳的匹配。师法自然无疑是解决工程难题的一条捷径。本文从仿生学角度出发，以近水、多雾环境中的生物复眼和植物叶片作为考察对象，以腹色蜉复眼及茭白叶为生物原型，研究了其表面形貌、内部结构及润湿防雾性能，在建立仿生模型的基础上，阐释了其疏水防雾机理，并利用激光干涉光刻法、软刻蚀法及胶体刻蚀法制备了仿生结构表面，在表征其形貌、结构的同时，测试了其疏水防雾性能，为设计、制备新型疏水性防雾结构表面提供理论基础和新的思路。全文共分8章：在第1章中，主要介绍了疏水性防雾研究的重要意义，以及主要的应对策略，重点归纳了疏水性防雾涂层技术及结构防雾方法研究进展，同时对自然超疏水表面的研究现状进行了梳理、归纳，尤其总结了仿生微结构疏水性能的研究进展。第2章主要是样本的选择和疏水防雾性能的测试。样本选择以功能与环境相适应原则为依据，重点考察潮湿、近水、多雾的环境中的生物，如蜉蝣、叶蝉、水黾、豆娘等生物复眼，以及苇叶、竹叶、茭白叶、睡莲叶等植物叶片。利用接触角测量及模拟防雾测试方法检测其表面的疏水防雾性能，结果表明，生活在四川省近水多雾环境中的腹色蜉复眼表面呈现出良好的疏水防雾性能，连续加雾10min，其复眼表面无水珠聚集、并保持干燥；在浙江淡水中生长的茭白叶表面静态接触角（CA）值为151.5±3°，滚动角约为5°，显示出优良的超疏水性能及一定的防雾性能。第3章主要内容是利用体视显微镜、扫描电镜（SEM）及激光共聚焦显微镜对典型生物复眼表面及植物叶片表面形貌、结构进行表征。腹色蜉复眼表面的结构特点是复眼总体外形呈椭球形，由数百个小眼紧密排列组成，小眼结构类似，分为上下两部分，上部为近似半球形，下部近似圆台形，小眼基部直径约20μm，上部半球直径约为16μm，小眼总体高度在14μm左右，小眼表面无更微细纳米级结构。茭白叶的表面结构特点是其表面是一种典型的分级结构，宏观亚毫米沟槽结构是第一级结构，沟槽宽为270μm，深为40μm，沟槽表面的微米级凸起结构是第二级结构，凸起结构直径在10μm，高为6μm，间距为13μm。另外，叶片表面覆盖一层纳米级蜡质结构是第叁级结构。二者结构共性之处是都具有微米尺度的凸起结构。第4章是基于第3章表征结构提供的特征尺寸，在建立了仿生模型的基础上，利用Cassie模型解释了腹色蜉复眼表面疏水防雾机理以及茭白叶表面超疏水防雾性能机理。腹色蜉复眼表面疏水防雾是由于其表面角膜几丁质本征疏水，凸起小眼呈六方紧密排列，小眼尺寸决定微米尺寸雾滴不能直接接触复眼基底，因此大量空气被截留在雾滴和小眼之间，有助于雾滴的反弹，另椭球形外形，也易于雾滴滚落。茭白叶表面的疏水防雾机理在于蜡质层的存在，以及分级结构使其表面达到了足够的粗糙程度，从而实现表面超疏水及防雾性能。第5章利用叁光束激光干涉光刻技术在单晶硅基底表面制备了平面型仿腹色蜉复眼表面，讨论了激光能量及曝光时间对加工表面形貌的影响，并测试了仿生表面疏水性能及防雾性能。结果表明，激光能量为40mJ，曝光时间为15s形貌最优。利用质量百分比为5%的HF清洗掉加工过程形成的二氧化硅，该仿生表面具有较强的疏水性能，其CA值可以达到120°以上，与理论计算值相符，并表现出一定的疏水防雾性能。第6章利用软刻蚀法制备了PDMS材质人工茭白叶表面。首先以茭白叶表面为模板获得弹性印章，即茭白叶表面反结构，之后利用复制模塑法获得了茭白叶表面正结构，即人工茭白叶表面。该方法较好地复制了茭白叶表面亚毫米、微米分级结构，其CA值达到144.1°，获得了与天然茭白叶相近的疏水性能，且具有较强的疏水防雾功能，能谱分析显示其表面没有残留F元素，纳米结构缺失的主要原因是蜡质在加热干燥过程中熔化，并对软刻蚀法复制生物材料表面适用性进行了讨论。第7章利用胶体刻蚀技术在聚酯塑料（PET）基底表面制备了3种尺度纳米凸起阵列结构。首先，利用乳液聚合法制备了直径分别为200nm，350nm和580nm的聚苯乙烯（PS）微球，之后利用气液界面法自组装聚苯乙烯晶体，利用等离子刻蚀技术获得了纳米凸起阵列结构，并进行氟化处理。最后测量了3个阵列表面的静、动态润湿性能及防雾性能，结果表明，特征尺寸为350nm的纳米乳突阵列静态CA值可达155±2°，滚动角（SA）值约为5°，表现出优良的超疏水性能，且具有良好的防雾功能。第8章对全文所研究内容做出总结，包括得出的主要结论，主要创新点及对后续研究提出几点展望。(本文来源于《吉林大学》期刊2015-06-01）
张春良,梅德庆,陈子辰[4]（2006）在《微制造平台隔振系统仿生设计》一文中研究指出在分析啄木鸟头部独特生物构造及其隔振机理的基础上,运用仿生学原理,采用主动隔振与被动隔振相结合的技术,建立了以空气弹簧为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器为主动隔振元件的微制造平台六自由度仿生隔振系统及其结构模型。实验结果表明,该隔振系统具有很好的隔振效果。(本文来源于《中国机械工程》期刊2006年21期）
张涛[5]（2005）在《个体化人工骨双循环系统的仿生设计及制造》一文中研究指出对于大段骨缺损,骨自身难以完全修复,目前应用较多的是人工假体和高分子材料,具有较好的强度和可加工性,但在应用中存在很多问题。近年来,提出了生物制造工程这一新概念,其利用先进制造科学中快速成型技术、医学领域的细胞培养和叁维建模技术,进行人工骨的研究。生物活性骨可以通过机体的新陈代谢作用逐步降解,并被新生自体骨取代。但关键是如何活化,如何使生物活性物质(生长因子、骨细胞)、组织液渗透入人工骨深部,保证骨内的血液循环和营养物质的代谢和交换,支持骨的生长和再生。 本研究设计、制造了一种带有双循环系统(微管循环和微孔循环)的个体化仿生人工骨。应用狗作实验对象,探讨了该人工骨设计、制造的方法并进行一些相关研究,为临床应用打下基础。 仿生个体化人工骨具有以下特点:a具有两套循环系统,微管循环和微孔循环,可分别进行生物活性物质渗入,两套循环增强了循环效能。b双循环系统的大小足以满足形成矿化骨,微管大小250μm,微孔大小250μm,孔内连接大小50-100μm。c个体化制造。d人工骨与自行设计的人工半膝关节相连接,形成人工骨复合人工半膝关节结构,通过髓内钉与自体骨固定。该设计可达到人工骨与患者自体骨的最佳匹配,并可通过(本文来源于《第四军医大学》期刊2005-04-01）
饶嵩[6]（2004）在《骨组织工程支架仿生设计与制造》一文中研究指出如今，组织工程正试图应用到人体的每个组织当中，而骨组织工程支架的设计和制造技术是整个组织工程研究领域的中心。支架被广泛的应用于组织工程中，其作用是提供一个临时的结构以供细胞种子的生长和细胞外基质的形成。孔隙率最大的支架所形成的重建骨强度最高，与自然骨抗压强度水平相当，但是孔隙率高时，多孔支架本身的强度较低，为了让植入初期支架种植体满足临床应用对力学性能的要求，一般支架孔隙率在40％-55％。 传统的骨组织工程支架设计制造方法均存在一些缺陷，如单一材料，简单结构，不能满足人体的功能梯度要求。本文对骨组织工程支架的功能与结构进行分析之后，针对支架模型应该满足的基本要求，提出了一种新的骨组织工程支架仿生设计与制造方法。采用VC++和AutoCAD等软件，生成具有适当孔隙率并与人体骨具有相似性的叁维支架模型。从而为设计和制造骨组织工程支架提供理论依据。 首先，对人体骨微观结构灰度图进行边缘检测、边缘增强以及轮廓提取等操作，得到了一系列的典型人体骨边缘轮廓图。运用分形理论对这些典型轮廓图进行分析，计算出人体骨各个边界轮廓的分形维数，证明了人体骨边界轮廓具有自相似性。为了方便在以后的过程中对这些轮廓进行数字化处理，以B样条的形式对这些典型边界轮廓进行矢量化操作。 其次，建立了叁维组织工程支架模型。在VC++6.0平台下编写了一套人工骨支架结构设计软件，其主要功能为：以达到一定的孔隙率作为主要目标，在一个二维区域内用蒙特卡罗法植入相应的微孔结构，生成与人体骨相似的二维支架模型；利用程序的DXF文件接口，将二维模型导入到AutoCAD中进行叁维化处理，将二维模型转换成单层结构，通过若干不同的切片层相互迭加，最终生成具有多孔连通结构的叁维支架模型。 最后，对适合支架结构和材料的快速成型制造方法进行了一定的探讨。该技术能够方便的使用生物陶瓷材料进行制造，使支架的孔隙率及结构均能满足人体骨生物和力学上的要求。(本文来源于《武汉理工大学》期刊2004-05-01）
顾新建,杨志雄,祁国宁[7]（1999）在《成组技术与仿生设计和制造》一文中研究指出仿生设计和制造将是一种通过学习生物系统而得到的先进的设计和制造系统模式。本文对成组技术与仿生设计和制造的关系进行了探讨,说明成组技术是仿生设计和制造的基础技术之一,仿生设计和制造中的一些思想和方法将对成组技术的发展起重要作用。(本文来源于《成组技术与生产现代化》期刊1999年03期）
仿生设计与制造论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
天然贝壳的组成结构与力学性能之间存在最佳的匹配规律。贝壳的珍珠层有着"软-硬"交织的层状复合结构和优异的力学性能,这为高性能仿生材料的设计及制造提供了新思路。在研究生物材料的过程中不断开发仿生材料制造新方法已成为研究重点。本文以背角无齿蚌为研究对象,探究其材料组成、微观结构及力学性能特征,分析总结其组成结构与力学性能之间的关系。仿照贝壳珍珠层的结构特点,进行仿生金属结构件的设计,通过TIG电弧增材制造方法打印出具有仿贝壳珍珠层结构的金属结构件,并对其显微组织及力学性能进行研究,用以验证天然贝壳材料的强韧化机制。背角无齿蚌主要成分是CaCO_3,由棱柱层和珍珠层构成。密度分布四周较大,向顶部收拢过程中逐渐减小。新鲜贝壳抗弯强度为29.8MPa,加热后明显降低,为3.37MPa。棱柱层的硬度为4～5GPa,弹性模量为60GPa左右;珍珠层的硬度为3.5GPa,弹性模量为70GPa左右,棱柱层比珍珠层硬度大而抗弹性变形能力差。珍珠层的裂纹扩展路径说明,"软硬"交织的结构特征是珍珠层强韧化的关键因素。分析总结得出天然贝壳材料的增韧机制主要有:裂纹偏转、文石片拔出和有机质的连接。仿生电弧增材制造中的焊缝宽度、高度和焊接速度成反比,和焊接电流成正比。搭接率的增加可以提高堆积层上表面的平整度,成形质量更好,搭接率η=33%,成形质量最佳;搭接率η大于50%时容易造成金属结构件向一侧或两侧坍塌。不锈钢结构件底部焊缝的组织为胞状Y奥氏体,夹杂极少蠕虫状δ铁素体;中部组织为γ奥氏体+δ铁素体;最后一层焊缝的组织为β+δ两相区和β相区,其中γ相区又分为胞状β相区和柱状β相区。沿着堆积方向从下到上,晶粒越来越细小;重熔区组织的生长方向垂直于熔合线指向熔池中心;结构件内部组织呈从下往上生长趋势,顶部区域组织生长方向随散热方向改变而发生改变。不锈钢和高氮钢沿堆积方向的硬度从下到上逐渐上升,高氮钢硬度局部呈"V"形变化;两种材料交织结构件的硬度变化趋势呈正弦波形状,波峰为高氮钢硬度,波谷为不锈钢硬度。不锈钢、高氮钢和两种材料交织结构件沿垂直于堆积方向的抗拉强度和塑性都优于堆积方向,不锈钢相对于高氮钢强度小、塑性高;两种材料交织结构件塑性大于高氮钢,低于不锈钢,强度大于不锈钢,低于高氮钢;随高氮钢与不锈钢层数比的增加,其抗拉强度增大而塑性减小;不锈钢、高氮钢沿垂直于单元层方向的冲击功小于平行于单元层方向,高氮钢抗冲击性能小于不锈钢;两种材料交织结构件的冲击功相对高氮钢有所提升,但未达到不锈钢水平,且随高氮钢与不锈钢层数比的增大而减小。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
仿生设计与制造论文参考文献
[1].吕永涛,赵文英,杨晨,吴承伟.基于增材制造的骨支架微结构仿生设计及性能研究[C].第十二届全国生物力学学术会议暨第十四届全国生物流变学学术会议会议论文摘要汇编.2018
[2].闻章鲁.基于贝壳珍珠层特征的金属仿生设计和电弧增材制造研究[D].南京理工大学.2017
[3].关会英.微尺度生物表面疏水防雾机理与仿生设计制造[D].吉林大学.2015
[4].张春良,梅德庆,陈子辰.微制造平台隔振系统仿生设计[J].中国机械工程.2006
[5].张涛.个体化人工骨双循环系统的仿生设计及制造[D].第四军医大学.2005
[6].饶嵩.骨组织工程支架仿生设计与制造[D].武汉理工大学.2004
[7].顾新建,杨志雄,祁国宁.成组技术与仿生设计和制造[J].成组技术与生产现代化.1999