滾壓-滑動載荷下關節(jié)軟骨不同層區(qū)力學行為的研究.pdf

1、關節(jié)軟骨作為人體動關節(jié)處的重要組成部分，具有非線性、粘彈性等特點，其內部組織結構較為復雜，故具有不同于一般材料所特有的力學性能。在日?；顒又嘘P節(jié)軟骨承受滑動和滾動載荷作用，故對該載荷作用下軟骨不同層區(qū)的力學性能展開研究具有重要意義。研究結果可以為臨床軟骨疾病治療和軟骨缺損修復等方面提供依據(jù)，同時對人工軟骨結構組成、人工構建、力學功能評價有重要意義。
　　本文以豬關節(jié)軟骨為研究對象，對關節(jié)軟骨分別進行了滑動加載、滾壓加載實驗，在整個

2、實驗過程中利用數(shù)字相關技術對軟骨的整個加載過程進行了圖像采集，通過后期對采集到的圖像進行處理，研究在不同加載條件下關節(jié)軟骨各層區(qū)力學性能的變化特征。研究結果表明，軟骨淺表層區(qū)的法向位移是最大的，深層區(qū)最小，中間層位于二者之間。在恒定的壓縮量下，隨著滑動、滾壓時間的進行，軟骨不同層區(qū)的法向位移都是先增大再略微減小;隨著壓縮量的增加，關節(jié)軟骨淺表層、中間層、深層區(qū)的法向位移都增加;隨著加載速率的增加，關節(jié)軟骨不同層區(qū)的法向位移減小。隨著加載

3、次數(shù)的增加，關節(jié)軟骨不同層區(qū)的法向位移都受到了影響。關節(jié)軟骨受滑壓、滾壓載荷作用后，由于其內部復雜的組織和結構，各層區(qū)的力學性能出現(xiàn)差異。
　　本文針對以上軟骨實驗，分別建立了關節(jié)軟骨在滑動加載和滾壓加載下的有限元模型。此模型考慮了固相和液相材料，并通過彈簧單元模擬了關節(jié)軟骨中膠原纖維的力學性能，此模型的建立與真實關節(jié)軟骨更接近。通過對不同加載速率、壓縮量下的軟骨進行力學模擬，得到軟骨不同層區(qū)的力學性能，并與實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，