滾壓-滑動載荷下關(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)力學(xué)行為的研究.pdf

1、關(guān)節(jié)軟骨作為人體動關(guān)節(jié)處的重要組成部分，具有非線性、粘彈性等特點，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故具有不同于一般材料所特有的力學(xué)性能。在日?；顒又嘘P(guān)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(xué)性能展開研究具有重要意義。研究結(jié)果可以為臨床軟骨疾病治療和軟骨缺損修復(fù)等方面提供依據(jù)，同時對人工軟骨結(jié)構(gòu)組成、人工構(gòu)建、力學(xué)功能評價有重要意義。
　　本文以豬關(guān)節(jié)軟骨為研究對象，對關(guān)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(guān)技術(shù)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(guān)節(jié)軟骨各層區(qū)力學(xué)性能的變化特征。研究結(jié)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(guān)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(guān)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(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)的法向位移都受到了影響。關(guān)節(jié)軟骨受滑壓、滾壓載荷作用后，由于其內(nèi)部復(fù)雜的組織和結(jié)構(gòu)，各層區(qū)的力學(xué)性能出現(xiàn)差異。
　　本文針對以上軟骨實驗，分別建立了關(guān)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(guān)節(jié)軟骨中膠原纖維的力學(xué)性能，此模型的建立與真實關(guān)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(xué)模擬，得到軟骨不同層區(qū)的力學(xué)性能，并與實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，