滾壓-滑動(dòng)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(dòng)關(guān)節(jié)處的重要組成部分，具有非線性、粘彈性等特點(diǎn)，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。在日常活動(dòng)中關(guān)節(jié)軟骨承受滑動(dòng)和滾動(dòng)載荷作用，故對(duì)該載荷作用下軟骨不同層區(qū)的力學(xué)性能展開(kāi)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(shí)對(duì)人工軟骨結(jié)構(gòu)組成、人工構(gòu)建、力學(xué)功能評(píng)價(jià)有重要意義。
　　本文以豬關(guān)節(jié)軟骨為研究對(duì)象，對(duì)關(guān)節(jié)軟骨分別進(jìn)行了滑動(dòng)加載、滾壓加載實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)

2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用數(shù)字相關(guān)技術(shù)對(duì)軟骨的整個(gè)加載過(guò)程進(jìn)行了圖像采集，通過(guò)后期對(duì)采集到的圖像進(jìn)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(dòng)、滾壓時(shí)間的進(jìn)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(duì)以上軟骨實(shí)驗(yàn)，分別建立了關(guān)節(jié)軟骨在滑動(dòng)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(guò)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(shí)關(guān)節(jié)軟骨更接近。通過(guò)對(duì)不同加載速率、壓縮量下的軟骨進(jìn)行力學(xué)模擬，得到軟骨不同層區(qū)的力學(xué)性能，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，