压缩载荷作用下关节软骨准静态力学性能的研究

发布时间：2020-12-10 15:25

　　关节软骨位于关节与骨头之间，依靠自身特殊的结构组成在膝关节活动中起着缓冲摩擦、传递载荷的作用。由于所处的生理部位力学环境复杂，软骨易损伤且难修复，其功能是否正常直接影响着人的行走活动，一旦损伤将会给人类生活带来不便，因此对其力学性能的研究极具重要意义。本研究对关节软骨的准静态力学性能进行了测试，并结合理论模型预测、有限元仿真分析了关节软骨不同层区的力学性能。本文对压缩作用下的关节软骨进行了蠕变和加载率力学行为测试，并结合数字图像相关技术对图像的处理，考察了恒定应力水平下软骨不同层区的应变值随时间的变化和不同层区的率相关性能，得到了关节软骨的宏观和微观力学性能。结果表明软骨不同层区的力学性能存在明显的差异，且力学性能具有率相关性，在受到压缩应力作用时，浅表层的应变变化最大，深层区最小，中间层介于两者之间，并且这些力学行为均与其组成结构密不可分。建立了关节软骨的蠕变和松弛本构模型来预测软骨的力学行为，并与测试结果进行了比较，结果发现预测值与实验值基本吻合。基于纤维增强多孔弹性模型建立了关节软骨的有限元模型并对加载率下的力学性能进行了仿真。该模型考虑了固液两相材料，并通过在单元节点中连接弹簧... 

【文章来源】：天津理工大学天津市

【文章页数】：52 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压缩测试示意图

实验的结果也是不同的。随着科学技术水平的发展，对关节软骨的力学测试不在仅仅停留在其整体性能，越来越多的学者开始运用新方法和设备来测试关节软骨中的微观力学性能分和微观结构及力学性能在软骨中的分布均得以研究，使人们对软骨力学性能加全面。2002 年 Wang 等人[10]采用利用自动测量二维应变场的方法来测试软骨学性能，该方法主要是将视频显微镜、数字图像相关法官以交叉验证技术结合。通过对牛软骨非围限压缩实验，获得了非围限压缩下未成年牛腕掌关节软骨应变场特征，同时发现弹性模量和泊松比是依深度变化的，且在浅表层最小。泊松比随压缩应变的增大而减小，当压缩 25%时，泊松比在软骨表面对值图 1-2 为应变场分布图。

图 1-3 激光扫描显微镜拍摄的图像的实验研究起步要晚很多年。1989 年李振宇等年人的股骨关节软骨进行了拉伸实验，得到了990 年马洪顺等[15]对股骨头关节软骨进行蠕变应变曲线和蠕变实验曲线。1994 年初日德等999 年翁习生等[17]对人的髌骨软骨进行了蠕变和时间曲线，并提出软骨的粘弹性和反馈机制鲜的人膝关节软骨做了压缩下的蠕变测试，得003 年孟广伟等[19]对人新鲜髋骨软骨进行了测拉伸，得到了软骨的伸长比、张应力、应变的松弛为对数关系。2004 年曾衍钧等[20]对股骨常的、病态的软骨进行了单轴蠕变和松弛实验等[21]人使用数字图像相关法在非围限压缩条件行了研究，发现非均匀的松弛模量随软骨深度同松弛时间表层区与深层区相差 5 倍。可以看在吉林的一些高校，研究者也比较少，且大部

【参考文献】：
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博士论文
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本文编号：2908934