關(guān)節(jié)軟骨的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究.pdf

1、膝關(guān)節(jié)為人體最大且構(gòu)造最復(fù)雜的關(guān)節(jié)。人在整個(gè)生命周期中對(duì)膝關(guān)節(jié)的使用非常的頻繁，其中膝關(guān)節(jié)軟骨在膝關(guān)節(jié)活動(dòng)中起重要作用，其主要功能為穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)，傳遞膝關(guān)節(jié)負(fù)荷力，緩解壓力。在壓力作用下，膝關(guān)節(jié)軟骨被壓縮，解除壓力，又可伸展，類似于彈性墊的效果，可以保護(hù)軟骨下的骨骼不受破壞。在強(qiáng)力驟然運(yùn)動(dòng)時(shí)，膝關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生沖撞和摩擦損傷的概率很大，膝關(guān)節(jié)軟骨的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能是關(guān)系到膝關(guān)節(jié)功能是否正常運(yùn)行的一個(gè)重要力學(xué)指標(biāo)，對(duì)建立膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的精細(xì)化仿真模

2、型以研究膝關(guān)節(jié)軟骨損傷機(jī)理具有重要意義。
　　與關(guān)節(jié)軟骨在準(zhǔn)靜態(tài)條件下的力學(xué)性能相比，人們對(duì)其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究較少，這是因?yàn)樯镘浗M織材料在動(dòng)態(tài)加載條件下的力學(xué)測(cè)試難度很大。鑒于此情況，本文在傳統(tǒng)霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展了一套能準(zhǔn)確測(cè)試關(guān)節(jié)軟骨動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)，成功獲得了關(guān)節(jié)軟骨的動(dòng)態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并發(fā)展了ZWT本構(gòu)模型，從而得到了能夠準(zhǔn)確描述關(guān)節(jié)軟骨在很寬應(yīng)變率范圍內(nèi)力學(xué)性能的非線性粘彈性本構(gòu)模

3、型。
　　關(guān)節(jié)軟骨的力學(xué)性能與其所在生理部位關(guān)系較大，而與物種關(guān)系不大。由于人體膝關(guān)節(jié)軟骨獲取困難，而豬膝關(guān)節(jié)軟骨與人膝關(guān)節(jié)軟骨在材料本構(gòu)與參數(shù)屬性上有相類似之處，故可用豬膝關(guān)節(jié)軟骨代替人膝關(guān)節(jié)軟骨對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨的動(dòng)力特性進(jìn)行研究。本文選取新鮮的豬后腿膝關(guān)節(jié)處關(guān)節(jié)軟骨作為研究對(duì)象，首先利用電子萬能疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明關(guān)節(jié)軟骨具有明顯的粘彈性性質(zhì)和應(yīng)變率效應(yīng)。
　　本文針對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨這種軟物質(zhì)在傳統(tǒng)霍

4、普金森壓桿實(shí)驗(yàn)測(cè)試中存在的試樣兩端應(yīng)力無法平衡及透射信號(hào)弱的問題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并采用改進(jìn)后的分離式霍普金森壓桿對(duì)豬膝關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行了不同應(yīng)變率下的沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)，獲得了成年豬膝關(guān)節(jié)軟骨在五種應(yīng)變率下即500s-1、1000s-1、2000s-1、2700s-1和3500s-1的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析了應(yīng)變率對(duì)關(guān)節(jié)軟骨動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。
　　本文對(duì)不同豬齡膝關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行了生化成分測(cè)定，并根據(jù)霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲得了3種不同豬