腰椎間盤力學(xué)行為仿真與蠕變實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、腰椎間盤具有多孔粘彈性質(zhì)，髓核中的液體在應(yīng)力作用下，可以在組織中流進(jìn)或流出，因此具有吸收能量和緩沖的功能，對維持脊柱的靈活運(yùn)動(dòng)及穩(wěn)定性、分散和緩沖載荷起到重要作用。在外力作用下，椎間盤的纖維環(huán)如果破裂，髓核組織從破裂之處脫出，將導(dǎo)致相鄰脊神經(jīng)根遭受壓迫或刺激，引起下腰痛病癥，因此腰椎間盤突出癥是臨床上的常見疾病。由于椎間盤的力學(xué)行為對其產(chǎn)生退變有很大的影響，故研究各種載荷作用下椎間盤的生物力學(xué)特性，為臨床上治療腰椎間盤疾病提供了理論依據(jù)

2、。
　　本文主要采用有限元方法對腰椎間盤的力學(xué)行為進(jìn)行仿真研究，對蠕變性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并建立蠕變本構(gòu)方程。
　　利用ANSYS軟件建立正常人體腰椎間盤L3~L4節(jié)段的有限元模型，基于Biot理論考慮了流固耦合關(guān)系，分析了椎間盤在不同軸向壓縮載荷及復(fù)合載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)，得到了椎間盤各個(gè)部分的壓力、應(yīng)力分布規(guī)律和比較曲線。結(jié)果表明：軸向正壓時(shí)，外層纖維環(huán)壓力約為內(nèi)層的15％，外層最大應(yīng)力約為髓核的4.3倍；椎間盤各部分所受壓力隨

3、載荷增大呈近似線性增加，且增加的速率基本相同；應(yīng)力隨載荷增加而增大的速率不同，最外層纖維環(huán)應(yīng)力增加最大。軸向壓縮與扭轉(zhuǎn)載荷組合作用時(shí)，纖維環(huán)整體應(yīng)力水平最大，最容易被破壞。利用ABAQUS軟件的多孔彈性有限元模型，對椎間盤在壓縮應(yīng)力下的蠕變特性進(jìn)行了研究，得到的位移-時(shí)間曲線呈指數(shù)規(guī)律變化，應(yīng)力增大時(shí)，應(yīng)變隨之增大。
　　以新鮮豬腰椎間盤為研究對象，采用非接觸式數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，對不同壓縮應(yīng)力及加載速率下的椎間盤進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)。結(jié)果