猪膝关节软骨的动态力学性能测试

发布时间：2017-04-15 04:10

  本文关键词：猪膝关节软骨的动态力学性能测试，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人的膝关节使用频繁,在运动中损伤极易发生,其中以膝关节软骨损伤最为常见。关节软骨一旦损伤,软骨细胞很难再生,所以关节自身难以修复还原。目前,国内外很多学者相继提出了很多关节软骨的修复方法,这其中,采用霍普金森压杆实验技术研究比较修复前后关节软骨的动态力学特性,对评判修复效果提供了一条比较快捷准确的途径。另外,为了研究关节软骨的损伤机理,生物力学研究领域往往需要构建高精细化的关节有限元模型,其中至关重要的参数是软骨的动态本构模型,采用霍普金森压杆实验可以方便地得到软骨的动态力学特性。 本文在传统霍普金森压杆的组成及原理基础上,针对膝关节软骨的软物质材料特性,改进并建立了一套可以测试软材料的霍普金森压杆实验系统,并对其进行了严格校核。本文的核心内容是测试成年猪膝关节软骨的动态力学特性。为了准确得到膝软骨的动态应力应变曲线,本文提高了透射信号对应的电桥桥压,将微弱的透射信号尽量放大。为了保证加载时应变率基本恒定以及试样受力均匀、变形均匀,实验采用了整形器,将高速撞击带来的高频分量过滤,同时将加载速率降低。本文对整形器尺寸的选择规律进行了研究,找出了整形器尺寸和厚度变化与子弹撞击速度之间的联系。为了准确判断试样两端所受的应力是否达到平衡状态,本文采用了石英晶体传感器测得试样两端的受力,定量测试和计算了石英晶体传感器对杆产生的轴向惯性效应,给出了惯性修正的方法。最后,得到了成年猪膝关节软骨在三种应变率1800s-1、2700s-1、3500s-1下的动态应力应变曲线,并对三条曲线进行了分析比较。
【关键词】：霍普金森压杆 膝关节软骨 整形器 石英晶体 常应变率 应力平衡
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R684;R318.01
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题背景10-13
• 1.2 冲击生物力学的发展13-14
• 1.3 霍普金森压杆测试技术的起源与发展14-17
• 1.4 研究的主要内容17-18
• 1.5 研究的创新点18-19
• 2 实验方法介绍19-29
• 2.1 概述19-20
• 2.2 传统霍普金森压杆的组成20-21
• 2.3 传统霍普金森压杆的实验原理21-27
• 2.3.1 细长圆柱杆中的弹性波21-24
• 2.3.2 两半无限长弹性杆的共轴撞击24-25
• 2.3.3 霍普金森压杆实验原理25-27
• 2.4 软材料测试的难点问题27-29
• 3 实验装置的建立及其校核29-39
• 3.1 实验装置的建立29-34
• 3.1.1 加载装置29-30
• 3.1.2 压杆系统30-31
• 3.1.3 数据采集系统31-34
• 3.2 实验系统的标定34-36
• 3.3 实验系统的校核36-39
• 3.3.1 纯铝的静态压缩36
• 3.3.2 纯铝的动态压缩36-39
• 4 石英晶体的使用39-47
• 4.1 概述39
• 4.2 石英晶体的使用方法39-42
• 4.3 惯性修正42-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 整形器的使用47-59
• 5.1 概述47-48
• 5.2 整形器材质的选择48-51
• 5.2.1 H62黄铜作整形器48
• 5.2.2 T2紫铜作整形器48-50
• 5.2.3 卡纸作整形器50-51
• 5.3 整形器尺寸的选择规律51-58
• 5.3.1 相同厚度、相同大小的整形器51-53
• 5.3.2 相同厚度、不同大小的整形器53-55
• 5.3.3 相同大小、不同厚度的整形器55-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 猪膝关节软骨应力应变特性测试59-69
• 6.1 引言59
• 6.2 试样制备59-62
• 6.3 实验测试62-66
• 6.4 实验结果及分析66-68
• 6.5 本章小结68-69
• 7 总结与展望69-71
• 7.1 总结69-70
• 7.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 作者简历75
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马洪顺;李振宇;;人股骨头软骨生物力学性能实验研究[J];北京生物医学工程;1990年04期

2 赵习金,卢芳云,王悟,李英华,林玉亮;入射波整形技术的实验和理论研究[J];高压物理学报;2004年03期

3 林玉亮;卢芳云;卢力;;石英压电晶体在霍普金森压杆实验中的应用[J];高压物理学报;2005年04期

4 成自龙;冲击生物力学研究的进展[J];航天医学与医学工程;1994年04期

5 晏丹;周广东;曹谊林;;关节软骨生化结构及其与力学性能关系研究进展[J];上海交通大学学报(医学版);2009年03期

6 李振宇;马洪顺;姜鸿志;;关节软骨力学性能实验研究[J];试验技术与试验机;1989年02期

7 王跃,杨志明,解慧琪,李胜富;组织工程化软骨的应力-应变研究[J];生物医学工程学杂志;2001年02期

8 王玉梅,师建军,温世明;人湿桡骨干的冲击压缩实验研究[J];西安交通大学学报(医学版);2002年05期

9 张洪斌;关节软骨的损伤与修复[J];中国临床康复;2004年02期

10 苏佳灿;管华鹏;张春才;陈学强;王保华;吴建国;丁祖泉;;冲击载荷作用下骨盆三维有限元分析及其生物力学意义[J];中国骨伤;2007年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王宝珍;肌肉类软组织动态力学性能研究[D];中国科学技术大学;2010年

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本文编号：307579