冲击载荷作用下猪腿骨的响应特性研究

发布时间：2020-07-14 01:00

【摘要】：在海战中,当舰艇遭受来自水雷,鱼雷等水下武器非接触式爆炸作用时,会引起舰艇产生强烈的冲击运动,尤其是以垂直向上的冲击最为严重,造成舰艇人员冲击伤,对于站立的舰艇人员来说,主要造成下肢骨骼和软组织损伤。在陆战中,地雷爆炸对装甲车中人员造成地雷冲击损伤,主要表现为粉碎性骨折,肢体离断等。其损伤程度与下肢骨骼在冲击压缩下的力学性能有密切关系。因此,研究下肢骨的力学性能,尤其是高速冲击下的动态力学研究,可为各类事故中对人体伤害的评估以及防护装置的设计提供一定的参考数据。骨骼这种生物材料与传统的金属材料相比,其具有一定的生命意义以及较脆的物理特性,这就使测量骨头的力学性能的难度较大,本文以猪腿骨为研究对象,以实验研究为主,根据以上情况,制定了一套有效可行的试件制备方法及保存方法,保证试样保持骨头原始的截面形状,以及尽可能的保持骨头的活性。确定了试件的制备和保存方法后,进行股骨、胫骨的准静态实验研究,获得材料的应力应变曲线,从而分析出材料极限强度的分布规律。在已有的霍普金森压杆(SHPB)实验技术的基础上,对其进行改进,使用整形器,保证了测量过程中的恒定应变率加载以及应力应变均匀。探索研究了股骨、胫骨这种脆性材料在不同应变率状态下的动态力学性能,得到不同应变率下的动态压缩实验数据,研究表明,股骨和胫骨动态力学性能都表现出两端较弱,中部较强的分布规律。并与准静态压缩实验数据进行对比,发现股骨、胫骨具有应变率效应。调研文献,已有部分文献描述骨骼的本构模型采用的是用来描述黏弹性材料的蠕变型和松弛型模型,在本文中使用非线性粘弹性本构模型ZWT模型,对一些参数进行拟合分析,最终得到股骨、胫骨的力学模型参数,构建出股骨、胫骨的本构模型。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.7
【图文】：

图 1.1 密质骨的微观结构质的内面，结构疏松，弹性较大，由许多片状的小梁与压力的传递方向一致，能承受很大的压图 1.2 松质骨的微观结构，在密质骨和松质骨的分布上会呈现出各自的特

4图 1.2 松质骨的微观结构不同形态的骨，在密质骨和松质骨的分布上会呈现出各自的特色这是由于其功能侧重点不同。比如扁骨，它以保护为主要功能，扁骨的内板和外板是薄层的密质骨，中间为板障，由松质骨组成，在松质骨的网眼中填充的是骨髓。短骨和长骨的骨骺以支持功能为主，而它们的构成就表现为密质骨仅仅分布在外层薄薄的一层，大量的松质骨分布于内部。骨小梁的排列显示两个基本方向：一，压力曲线，与重力方向一致；二，张力曲线，适应于肌肉的拉力与W'力曲线相对抗。W'力曲线和拉力曲线构成最有效的承担重力的力学系统。长管状骨骨干以运动功能为主，松质骨和密质骨的分布规律则表现为：有较厚的密质骨，向两端逐渐变薄而与骨骺的薄层骨密质相续，在靠近

图 1.3 长骨圆形横截面耗的总能量可以通过应力-应变下的折的抵抗力越大对屈服的抵抗力越小较易达到屈服点, 却不产生骨折, 例特性。在工程力学上,以应力来表示法来表示。比如可以用载荷值表示,来表示,当然仍然可以用应力来表示于密质骨是各向异性材料，所以密质限拉伸强度是 135MPa , 横向极限拉度上取决于小梁骨的密度和走向,

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本文编号：2754240