非圍限循環(huán)壓縮載荷作用下關(guān)節(jié)軟骨的棘輪行為研究.pdf

1、關(guān)節(jié)軟骨是一種覆蓋在軟骨下骨表面，具有非線性、粘彈性的負重水化結(jié)締組織，是骨關(guān)節(jié)非常重要的組成部分。它對傳遞載荷、緩沖震蕩、維持日常活動起到十分關(guān)鍵的作用。當(dāng)軟骨承受循環(huán)壓縮載荷時，盡管在單個應(yīng)力循環(huán)過程中變形可能很小，但隨著加載次數(shù)的增加，變形積累會達到一個很高的水平，很可能造成軟骨的疲勞損傷或者發(fā)生病變，機械疲勞也被認為是骨關(guān)節(jié)炎的主要誘因之一。所以，研究循環(huán)壓縮載荷作用下關(guān)節(jié)軟骨的棘輪行為對于軟骨疾病的防治十分重要，同時還能為人工

2、軟骨的研制提供力學(xué)參考。
　　本文以豬膝關(guān)節(jié)軟骨為研究對象，開展了非圍限循環(huán)壓縮載荷作用下的關(guān)節(jié)軟骨的棘輪加載實驗；采用非接觸式數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，研究了軟骨微觀不同層區(qū)的棘輪行為變化；同時，對比分析了浸泡條件下與未浸泡條件下的軟骨棘輪應(yīng)變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)軟骨的棘輪應(yīng)變隨加載圈數(shù)的增大而增大，增長曲線可分為兩個階段，時間較短但應(yīng)變急劇增長的瞬變階段和時間較長但應(yīng)變增長緩慢的平穩(wěn)階段。棘輪應(yīng)變率則是在很短的初始階段急劇減小，之后在很長

3、的時間內(nèi)保持在較低的水平。在加載初期，浸泡條件下的棘輪應(yīng)變較未浸泡要小，但隨著循環(huán)載荷的進行，二者逐漸趨向于一致。關(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)的棘輪應(yīng)變及其變化率均沿著軟骨深度方向遞減，即淺表層最大，中間層次之，深層區(qū)最小，而不同層區(qū)的楊氏模量則與棘輪應(yīng)變的變化趨勢相反。
　　通過完成不同加載條件下的實驗，對影響關(guān)節(jié)軟骨棘輪行為的因素進行了探究。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力幅、加載速率、波峰/波谷保持時間和蠕變預(yù)加載對軟骨的棘輪行為都有很大的影響。關(guān)節(jié)軟骨