關節(jié)軟骨力學性質(zhì)的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、軟骨是一種多孔的粘彈性材料，其結(jié)構(gòu)復雜，不同層區(qū)膠原纖維的排列方向直接影響了不同層區(qū)軟骨的力學性質(zhì)。通過實驗測量軟骨不同層區(qū)的力學參數(shù)對用數(shù)值模擬方法研究軟骨的損傷與修復具有重要意義。因為軟骨的尺寸相對較小，通過拉伸、扭轉(zhuǎn)試驗測量軟骨的力學參數(shù)十分困難。
　　文中針對軟骨拉伸試驗存在的主要問題，首先通過豬關節(jié)軟骨的壓縮試驗，測量了軟骨不同層區(qū)的位移，根據(jù)位移的特點確定了軟骨不同層區(qū)的尺寸，然后設計了包括軟骨和基底的拉伸模型，模型包

2、括直接粘接和嵌入粘接兩種形式，對不同層區(qū)的軟骨拉伸過程進行了數(shù)值模擬，得到了不同層區(qū)軟骨拉伸的位移場和應力應變場，數(shù)值計算結(jié)果表明，嵌入粘接方式，軟骨中應力比較均勻沒有應力集中，是一種較好的粘接方式，從而為通過拉伸實驗測量軟骨的正應力、正應變等力學參數(shù)奠定了基礎。最后通過對關節(jié)軟骨不同層區(qū)、不同基底厚度進行數(shù)值仿真總結(jié)得出了基底厚度為2mm時，不同層區(qū)的關節(jié)軟骨拉伸模型的仿真結(jié)果均為最佳。在確定出關節(jié)軟骨不同層區(qū)的拉伸模型的最后尺寸后，

3、對其進行仿真研究，得出不同層區(qū)的拉伸模型位移、應力、應變的數(shù)值分布情況，后通過實驗設備對制備完成的拉伸模型實體進行拉伸實驗，通過數(shù)字圖像相關技術的處理，得出不同層區(qū)的關節(jié)軟骨在不同方向上的應變分布圖并總結(jié)其變化規(guī)律。之后使用實驗得出的數(shù)值與數(shù)值仿真中的數(shù)值進行對比，通過修改彈性模量等力學參數(shù)數(shù)值的方式使得數(shù)值仿真的結(jié)果與實驗結(jié)果盡量保持一致。
　　對扭轉(zhuǎn)模型進行仿真建模，不同層區(qū)的軟骨尺寸和拉伸模型中的軟骨尺寸保持一致，而基底則選