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评估制造缺陷和非牛顿血液模型对增材制造的 Gyroid TPMS 结构流动行为的影响
Heliyon ( IF 3.4 ) Pub Date : 2023-04-25 , DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e15711
Saran Seehanam 1 , Wares Chanchareon 2 , Patcharapit Promoppatum 1
Affiliation  

在医学工程领域,三重周期最小表面(TPMS)结构因其与人体骨骼相似的物理属性而得到广泛研究。计算流体动力学 (CFD) 通常用于揭示结构体系结构和流场之间的相互作用。尽管如此,仍然缺乏关于制造缺陷和非牛顿行为对 TPMS 支架流体响应影响的综合研究。因此,本研究制造了具有从 0.1 到 0.4 的四个相对密度的 Gyroid TPMS。非破坏性技术用于检查表面粗糙度和几何偏差。我们发现制造缺陷对流体响应的影响很小。含缺陷模型和无缺陷模型之间的压降比较最多可相差 7%。平均剪切应力的相同比较显示差异高达 23%,其中在较高的相对密度下观察到两种模型之间的较大偏差。相反,粘度模型在流量预测中发挥了重要作用。通过将牛顿模型与 Carreau-Yasuda 非牛顿模型进行比较,非牛顿粘度产生的压降和平均壁面剪应力可能比牛顿模型高两倍以上。此外,我们将两种粘度模型中流体引起的剪切应力与从文献中获得的组织生长的理想剪切应力范围相匹配。牛顿模型中高达 70% 的结果落在理想范围内,而非牛顿结果的匹配应力降至 8% 以下。此外,通过将几何特征与物理输出相关联,可以看出几何偏差与表面曲率相关,而局部剪应力则与倾角有很强的相关性。总的来说,目前的工作强调了粘度模型对于支架 CFD 分析的重要性,尤其是当对产生的流体引起的壁面剪切应力感兴趣时。此外,几何相关性从局部角度引入了结构体系结构的替代考虑,这有助于未来进一步比较和优化不同的多孔支架。目前的工作强调了粘度模型对于支架的 CFD 分析的重要性,尤其是当对产生的流体引起的壁面剪切应力感兴趣时。此外,几何相关性从局部角度引入了结构体系结构的替代考虑,这有助于未来进一步比较和优化不同的多孔支架。目前的工作强调了粘度模型对于支架的 CFD 分析的重要性,尤其是当对产生的流体引起的壁面剪切应力感兴趣时。此外,几何相关性从局部角度引入了结构体系结构的替代考虑,这有助于未来进一步比较和优化不同的多孔支架。





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更新日期:2023-04-25
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