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水对骨组织生物摩擦学损伤多尺度的有限元分析

发布时间:2018-05-25 09:56

  本文选题:骨和骨组织 +  ; 参考:《中国组织工程研究》2017年07期


【摘要】:背景:骨组织是人体含水量较低的组织,很多研究报道了力学性能与水含量的关系,但水含量对骨组织生物摩擦学行为的研究却鲜见报道,且多为实验研究。目的:建立多尺度数值模型,探索水分对骨组织摩擦学行为的影响和损伤机制。方法:骨组织干燥处理后进行纳米压痕、往复滑动摩擦和冲击磨损实验,并建立以球-平面接触的多尺度有限元模型。结果与结论:干燥降低了骨组织黏弹性,在外载下表现出不同的损伤机制,摩擦学性能明显下降。数值分析表明:高载荷条件下,哈佛氏管、同心骨板及间骨板均存在高应力状态,易引发裂纹萌生和磨损剥落。在细观尺度下,干燥削弱了应力的吸收和打断作用,有利于孔隙裂纹延伸。在微观尺度下,骨小管和骨陷窝结构的高应力梯度是组织损伤的重要原因。
[Abstract]:Background: bone tissue is a kind of tissue with low water content. Many studies have reported the relationship between mechanical properties and water content, but there are few reports on the effect of water content on the biological tribological behavior of bone tissue, and most of them are experimental studies. Aim: to establish a multi-scale numerical model to explore the effect of water on the tribological behavior of bone tissue and its damage mechanism. Methods: the nano-indentation, sliding friction and impact wear experiments were carried out after dry treatment of bone tissue, and a multi-scale finite element model of ball plane contact was established. Results & conclusion: drying reduced the viscoelasticity of bone tissue, showed different damage mechanism under external loading, and the tribological properties decreased obviously. The numerical analysis shows that the high stress states of Harvard's tube, concentric bone plate and mesenchymal bone plate are found under high load conditions, which can easily lead to crack initiation and wear and tear spalling. At meso-scale, drying weakens the absorption and breaking of stress, which is beneficial to the extension of pore cracks. The high stress gradient of bone tubules and bone lacunae is an important cause of tissue damage at microscopic scale.
【作者单位】: 西南交通大学机械工程学院;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(51205327) 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20120184120019) 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2682014SWJTU11CX020)~~
【分类号】:R318.08;R68

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本文编号:1933001


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