關(guān)節(jié)軟骨回彈力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究及有限元仿真.pdf

1、隨著社會文明的發(fā)展，健康越來越被人們所追捧，健身運(yùn)動已經(jīng)成為人們生活中的一部分。但是大強(qiáng)度的運(yùn)動很可能在不經(jīng)意間造成軟骨的損傷，尤其是在未經(jīng)完全恢復(fù)的情況下再次運(yùn)動。眾所周知，關(guān)節(jié)軟骨是緩沖關(guān)節(jié)負(fù)載、減小外力與關(guān)節(jié)的接觸應(yīng)力、降低關(guān)節(jié)運(yùn)動時的摩擦、磨損的重要支撐組織。可以說關(guān)節(jié)軟骨的健康是關(guān)節(jié)運(yùn)動的必要條件。因此研究軟骨回彈力學(xué)性質(zhì)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
　　在此之前，研究關(guān)節(jié)軟骨的種類有很多，包括關(guān)節(jié)軟骨的拉伸、壓縮、缺損及關(guān)節(jié)軟骨

2、的棘輪效應(yīng)等，但是對關(guān)節(jié)軟骨回彈的研究還未見有相應(yīng)的報道。本文主要是想探究：1.利用先進(jìn)的非接觸式拉壓機(jī)，通過不同的加載方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而后結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)及后處理的相關(guān)技術(shù)來研究對不同加載載荷及時間對關(guān)節(jié)軟骨回彈力學(xué)性能的影響。2.基于關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)部的纖維結(jié)構(gòu)及它的固—液二相性，結(jié)合以前實(shí)驗(yàn)得出的一些參數(shù)，運(yùn)用ABAQUS有限元分析軟件對關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行簡化建模，模擬出關(guān)節(jié)軟骨在不同載荷、不同持續(xù)壓縮時間下的回彈仿真，然后得出關(guān)節(jié)軟骨回彈

3、仿真的相關(guān)力學(xué)性能。3.結(jié)合非線性粘彈性材料的本構(gòu)模型，預(yù)測回彈規(guī)律，并與實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果相對比，得出較準(zhǔn)確的結(jié)論。結(jié)果顯示在不同載荷不同壓縮時間下不同層區(qū)的軟骨回彈性能是不盡相同的，但是回彈的趨勢是有可比性的。回彈時軟骨淺表層回彈的應(yīng)變變化最快，深層區(qū)最小，各層區(qū)應(yīng)變分別從20％、10%、6%左右降到3%所用的時間相似；回彈時間越長，軟骨不同層區(qū)回彈的應(yīng)變變化越緩慢，但最終各層區(qū)應(yīng)變均會小于1%。相同層區(qū)不同壓縮載荷作用下，在回彈初期，載

4、荷越大，軟骨回彈應(yīng)變變化越快；在回彈后期，載荷越小，回彈應(yīng)變變化越快。最終載荷小的更接近壓縮前的狀態(tài)。相同層區(qū)不同持續(xù)壓縮時間和載荷的影響相似。另外在關(guān)節(jié)軟骨的有限元仿真中也對軟骨回彈仿真進(jìn)行了和實(shí)驗(yàn)相同的加載方式。從對比結(jié)果來看：仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論推導(dǎo)得出了比較吻合的變化趨勢。說明了本次研究具有一定的參考意義。
　　結(jié)果表明軟骨各個層區(qū)回彈狀況與其各層區(qū)的結(jié)構(gòu)是具有相關(guān)性的。從數(shù)據(jù)上看，關(guān)節(jié)軟骨90%左右的回彈主要集中在前