生物復(fù)合材料的非線性超彈性有限元分析.pdf

1、生物復(fù)合材料包括人工和天然生物復(fù)合材料，它們一般表現(xiàn)出超彈性變形行為。本文用有限元方法研究生物復(fù)合材料的超彈性行為，提出了描述生物復(fù)合材料超彈性變形的力學(xué)模型，研究了生物復(fù)合材料的非線性超彈性變形。 (1)闡述了超彈性有限變形問(wèn)題的基本理論、幾種常用的超彈性模型的勢(shì)能函數(shù)和本構(gòu)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，建立了超彈性有限變形問(wèn)題的有限元方程和程序，通過(guò)數(shù)值例題，驗(yàn)證了有限元程序的正確性。 (2)研究了生物軟組織超彈性變形行為。根據(jù)

2、含血管夾雜生物軟組織超彈性的變形特點(diǎn)，建立了生物軟組織的非均勻超彈性力學(xué)模型，研究了血管壁厚、血管剪切模量和血管內(nèi)徑對(duì)生物軟組織宏觀應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響。 (3)以人工椎間盤(pán)為例，研究了人工生物復(fù)合材料的超彈性變形行為。根據(jù)人工椎間盤(pán)超彈性變形的特點(diǎn)，建立了人工椎間盤(pán)平面應(yīng)變超彈性力學(xué)模型，研究了在拉壓和剪切作用下的復(fù)合材料的宏觀應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。 (4)研究了纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料超彈性變形行為。纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料已大量用于

3、修復(fù)或替換人體組織器官。分別建立了單絲纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料和纖維束樹(shù)脂基復(fù)合材料超彈性力學(xué)模型，研究了纖維的材料參數(shù)和含量對(duì)復(fù)合材料變形的影響，并比較了單絲纖維和纖維束復(fù)合材料的宏觀性能。 本文研究表明，多數(shù)生物復(fù)合材料的變形遵循超彈性的變形規(guī)律，利用非線性超彈性有限元法可以有效地模擬生物復(fù)合材料的這種變形行為。通過(guò)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，證明了本文模型和計(jì)算方法的正確性和有效性。本文的模型和方法也可以推廣到具有超彈性變形行為的其