个人信息Personal Information 所在单位： 机械工程学院
学历： 博士研究生毕业
办公地点： 西南交通大学九里校区摩擦学研究所313
联系方式：
学位： 工学博士学位
电子邮箱： xg@swjtu.edu.cn
毕业院校： 新南威尔士大学
学科：机械设计及理论

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个人简介Personal Profile 张小刚于2017年获得澳大利亚新南威尔士大学机械工程哲学博士学位。 2018年加入西南交通大学摩擦学研究所，任助理研究员，目前主要研究方向为肌肉骨骼生物力学和生物摩擦学。

教育经历Education Background
工作经历Work Experience
2013.92017.12
澳大利亚新南威尔士大学
机械工程
工学博士学位
2010.92013.5
西安交通大学
机械工程
工学硕士学位
2006.92010.6
西华大学
机械设计制造及其自动化
工学学士学位
2018.6至今
西南交通大学机械工程学院

研究方向Research Focus
生物摩擦学
生物力学

团队成员Research Group 人工关节生物力学及生物摩擦学团队
致力于人工关节摩擦学研究，将传统摩擦学原理应用于人工关节，结合生物组织工程的发展，与国际关节制造企业紧密合作，经过20多年的发展创新，建立了人工关节生物摩擦学的理论研究体系及数值模拟方法，研究成果广泛应用于人工关节产品的设计中，为提高人工关节摩擦学性能和延长人工关节使用寿命提供了重要的依据。





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学历： 博士研究生毕业
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研究领域
人工关节生物力学研究
人工关节置换后生物力学环境的研究是指导假体设计、手术安装、假体翻修的重要标准，有限元分析结合骨肌多体动力学仿真是生物力学研究的有效手段。通过建立包含骨骼、肌肉、韧带和软骨组织在内的骨肌多体动力学模型，研究人体各主要关节置换后的生物力学环境，得到假体运动方式和用于有限元研究的精准边界条件。团队利用上述分析方法已经在髋膝关节置换和翻修、颞下颌关节和颈椎关节等置换、多孔材料特性研究上取得了优异成果。
人工关节生物摩擦学研究
长期以来，磨损一直是人工关节假体服役性能与寿命提升的瓶颈，磨屑导致的无菌性松动是人工关节失效的重要原因。另外，人工关节设计趋势已从基于解剖形状发展到骨肌力学功能，而关节运
动学功能的需求与磨损是相互矛盾的，骨肌力学功能和摩擦学性能的协同优化仍然是一个世界难题。团队利用上述骨肌多体动力学分析方法，结合摩擦学优化设计，重点研究人工关节的在体服役行为演化的关键机理与核心机制，探求近自然运动功能与假体寿命的调控机理。

人工关节固定面承载与再生研究
生物固定界面不稳定也是影响人工关节寿命及病人术后满意度的重要因素。大量科学研究和临床实践结果表明，金属材料的弹性模量远高于人体骨组织，形成严重的力学失配与应力屏蔽，导致金属假体与骨组织结合松动，难以满足预期植入效果。应力屏蔽已成为困扰骨科植入物发展的关键问题。金属材料多孔化是解决这一问题的有效方法。团队拟通过研究在体服役环境下假体材料力学与生物组织力生物学的耦合作用，揭示多级多孔金属性能/修复功能三者之间的映射关系，研究在体力学环境下固定界面的力学承载与组织再生功能的调控原理，最终实现固定面承载与再生的优化设计。
个性化人工关节优化设计
近年来研究者发现人工关节滑动面和固定面的失效并非孤立事件。滑动面设计不佳会影响固定面的接触力学，导致固定面松动。另外，固定面的稳定性也会影响滑动面的运行效果。因此在人工关节置换后，滑动面和固定面中只要其中之一存在设计使用缺陷，在长期的相互影响下很容易引起失效过程加速，最终导致置换失败。由此可见，独立的滑动面或固定面设计改进已不能满足当前要求，人工关节的设计趋势应从单纯的独立解决滑动面磨损问题和固定面稳定问题的阶段发展成为研究滑动面和固定面耦合设计的新阶段。




论文成果
Xiaogang Zhang, Yali Zhang*, Zhongmin Jin. A semi-analytical approach to the elastic loading behaviour of rough surfaces. Friction, 2019.
Wen Cui, Yanyan Bian, Hongkai Zeng, Xiaogang Zhang, Yali Zhang*, Xisheng Weng, Shixuan Xin, Zhongmin Jin. Structural and tribological characteristics of ultra-low-wear polyethylene as artificial joint materials. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2020 104: 103629.
Jian Pu, Dongsheng Wu, Yali Zhang*, Xiaogang Zhang and Zhongmin Jin*. An Experimental Study on the Fretting Corrosion Behaviours of Three Material Pairs at Modular Interfaces for Hip Joint Implants. Lubricants. 2021, 9(2): 12.

专利
暂无内容

著作成果
暂无内容

科研项目
***材料磨损性能比较试验, 企业横向
模拟体内力学环境下一种新型解剖型人工踝关节假体生物力学及磨损机理的研究, 国家自然科学基金委面上项目
面向高功能、长寿命人工关节界面在体服役行为及调控机理, 国家自然科学基金委重点项目
在体环境下生物型人工膝关节固定界面的承载与再生协同调控机理, 国家自然科学基金委青年基金项目





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人工关节生物力学研究
人工关节置换后生物力学环境的研究是指导假体设计、手术安装、假体翻修的重要标准，有限元分析结合骨肌多体动力学仿真是生物力学研究的有效手段。通过建立包含骨骼、肌肉、韧带和软骨组织在内的骨肌多体动力学模型，研究人体各主要关节置换后的生物力学环境，得到假体运动方式和用于有限元研究的精准边界条件。团队利用上述分析方法已经在髋膝关节置换和翻修、颞下颌关节和颈椎关节等置换、多孔材料特性研究上取得了优异成果。
人工关节生物摩擦学研究
长期以来，磨损一直是人工关节假体服役性能与寿命提升的瓶颈，磨屑导致的无菌性松动是人工关节失效的重要原因。另外，人工关节设计趋势已从基于解剖形状发展到骨肌力学功能，而关节运
动学功能的需求与磨损是相互矛盾的，骨肌力学功能和摩擦学性能的协同优化仍然是一个世界难题。团队利用上述骨肌多体动力学分析方法，结合摩擦学优化设计，重点研究人工关节的在体服役行为演化的关键机理与核心机制，探求近自然运动功能与假体寿命的调控机理。

人工关节固定面承载与再生研究
生物固定界面不稳定也是影响人工关节寿命及病人术后满意度的重要因素。大量科学研究和临床实践结果表明，金属材料的弹性模量远高于人体骨组织，形成严重的力学失配与应力屏蔽，导致金属假体与骨组织结合松动，难以满足预期植入效果。应力屏蔽已成为困扰骨科植入物发展的关键问题。金属材料多孔化是解决这一问题的有效方法。团队拟通过研究在体服役环境下假体材料力学与生物组织力生物学的耦合作用，揭示多级多孔金属性能/修复功能三者之间的映射关系，研究在体力学环境下固定界面的力学承载与组织再生功能的调控原理，最终实现固定面承载与再生的优化设计。
个性化人工关节优化设计
近年来研究者发现人工关节滑动面和固定面的失效并非孤立事件。滑动面设计不佳会影响固定面的接触力学，导致固定面松动。另外，固定面的稳定性也会影响滑动面的运行效果。因此在人工关节置换后，滑动面和固定面中只要其中之一存在设计使用缺陷，在长期的相互影响下很容易引起失效过程加速，最终导致置换失败。由此可见，独立的滑动面或固定面设计改进已不能满足当前要求，人工关节的设计趋势应从单纯的独立解决滑动面磨损问题和固定面稳定问题的阶段发展成为研究滑动面和固定面耦合设计的新阶段。








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论文成果 当前位置： 中文主页 >> 科学研究 >> 论文成果
Xiaogang Zhang, Yali Zhang*, Zhongmin Jin. A semi-analytical approach to the elastic loading behaviour of rough surfaces. Friction, 2019.
Wen Cui, Yanyan Bian, Hongkai Zeng, Xiaogang Zhang, Yali Zhang*, Xisheng Weng, Shixuan Xin, Zhongmin Jin. Structural and tribological characteristics of ultra-low-wear polyethylene as artificial joint materials. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2020 104: 103629.
Jian Pu, Dongsheng Wu, Yali Zhang*, Xiaogang Zhang and Zhongmin Jin*. An Experimental Study on the Fretting Corrosion Behaviours of Three Material Pairs at Modular Interfaces for Hip Joint Implants. Lubricants. 2021, 9(2): 12.
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