壓縮載荷作用下關節(jié)軟骨準靜態(tài)力學性能的研究.pdf

1、關節(jié)軟骨位于關節(jié)與骨頭之間，依靠自身特殊的結構組成在膝關節(jié)活動中起著緩沖摩擦、傳遞載荷的作用。由于所處的生理部位力學環(huán)境復雜，軟骨易損傷且難修復，其功能是否正常直接影響著人的行走活動，一旦損傷將會給人類生活帶來不便，因此對其力學性能的研究極具重要意義。本研究對關節(jié)軟骨的準靜態(tài)力學性能進行了測試，并結合理論模型預測、有限元仿真分析了關節(jié)軟骨不同層區(qū)的力學性能。
　　本文對壓縮作用下的關節(jié)軟骨進行了蠕變和加載率力學行為測試，并結合數(shù)字

2、圖像相關技術對圖像的處理，考察了恒定應力水平下軟骨不同層區(qū)的應變值隨時間的變化和不同層區(qū)的率相關性能，得到了關節(jié)軟骨的宏觀和微觀力學性能。結果表明軟骨不同層區(qū)的力學性能存在明顯的差異，且力學性能具有率相關性，在受到壓縮應力作用時，淺表層的應變變化最大，深層區(qū)最小，中間層介于兩者之間，并且這些力學行為均與其組成結構密不可分。建立了關節(jié)軟骨的蠕變和松弛本構模型來預測軟骨的力學行為，并與測試結果進行了比較，結果發(fā)現(xiàn)預測值與實驗值基本吻合。

3、r>　　基于纖維增強多孔彈性模型建立了關節(jié)軟骨的有限元模型并對加載率下的力學性能進行了仿真。該模型考慮了固液兩相材料，并通過在單元節(jié)點中連接彈簧單元模擬了膠原纖維的力學性能，因此模型能夠表示軟骨的結構特點。通過仿真得到了不同層區(qū)的力學性能，并與實驗值進行了比較，模擬結果與實驗結果吻合較好。同時由模擬結果可以得出液相在軟骨的承載機理中起著緩沖、承載等重要作用，其承載時的流動有助于實現(xiàn)軟骨內部與外部的營養(yǎng)交換。因此關節(jié)軟骨的承載機理和生理機