机械工程学报

作者：罗智超, 唐倩, 宋军, 张远航, 陈俊杰, 马帅, 冯琪翔

单位：1. 重庆大学机械与运载工程学院 重庆 400044;2. 华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室 武汉 430074;3. 重庆理工大学机械工程学院 重庆 400054;4. 重庆电子科技职业大学智慧健康学院 重庆 401331

关键词：三周期极小曲面,四方对称晶格,力学性能,质量传输性能,各向异性；

基金：国家自然科学基金资助项目(52335006，51975073)。

为提升生物骨支架的轴向力学性能和质量传输性能，保证承载的稳定性并促进营养输送与细胞增殖，提出了一类基于三周期极小曲面(Triply periodic minimal surface, TPMS)的新型四方对称晶格结构的设计方法。该设计方法通过控制隐函数中三角函数的组合方式来调整TPMS中值面的曲率，实现晶格拓扑构型从立方对称性向四方对称性的重构。研究结果表明，相比于立方对称晶格结构，基于该方法设计的四方对称晶格结构凭借其特殊的几何构型和各向异性，不仅能显著增强特定方向的弹性模量和抗压强度达98%和120%，还能改变晶格结构的变形主导行为及其失效机制。此外，四方对称晶格结构在该特定方向展现出更优越的内部连通性和更高的流体速度，可有效降低流体压降，并显著提升其渗透率达165%。该四方对称晶格结构的设计方法能有效提高其综合性能，为生物骨支架的多性能优化设计提供了新的参考。

来源：2026年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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