本文關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)軟骨力學性質(zhì)的數(shù)值模擬及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：軟骨是一種多孔的粘彈性材料，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同層區(qū)膠原纖維的排列方向直接影響了不同層區(qū)軟骨的力學性質(zhì)。通過實驗測量軟骨不同層區(qū)的力學參數(shù)對用數(shù)值模擬方法研究軟骨的損傷與修復(fù)具有重要意義。因為軟骨的尺寸相對較小，通過拉伸、扭轉(zhuǎn)試驗測量軟骨的力學參數(shù)十分困難。 文中針對軟骨拉伸試驗存在的主要問題，首先通過豬關(guān)節(jié)軟骨的壓縮試驗，測量了軟骨不同層區(qū)的位移，根據(jù)位移的特點確定了軟骨不同層區(qū)的尺寸，然后設(shè)計了包括軟骨和基底的拉伸模型，模型包括直接粘接和嵌入粘接兩種形式，對不同層區(qū)的軟骨拉伸過程進行了數(shù)值模擬，得到了不同層區(qū)軟骨拉伸的位移場和應(yīng)力應(yīng)變場，，數(shù)值計算結(jié)果表明，嵌入粘接方式，軟骨中應(yīng)力比較均勻沒有應(yīng)力集中，是一種較好的粘接方式，從而為通過拉伸實驗測量軟骨的正應(yīng)力、正應(yīng)變等力學參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。最后通過對關(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)、不同基底厚度進行數(shù)值仿真總結(jié)得出了基底厚度為2mm時，不同層區(qū)的關(guān)節(jié)軟骨拉伸模型的仿真結(jié)果均為最佳。在確定出關(guān)節(jié)軟骨不同層區(qū)的拉伸模型的最后尺寸后，對其進行仿真研究，得出不同層區(qū)的拉伸模型位移、應(yīng)力、應(yīng)變的數(shù)值分布情況，后通過實驗設(shè)備對制備完成的拉伸模型實體進行拉伸實驗，通過數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的處理，得出不同層區(qū)的關(guān)節(jié)軟骨在不同方向上的應(yīng)變分布圖并總結(jié)其變化規(guī)律。之后使用實驗得出的數(shù)值與數(shù)值仿真中的數(shù)值進行對比，通過修改彈性模量等力學參數(shù)數(shù)值的方式使得數(shù)值仿真的結(jié)果與實驗結(jié)果盡量保持一致。 對扭轉(zhuǎn)模型進行仿真建模，不同層區(qū)的軟骨尺寸和拉伸模型中的軟骨尺寸保持一致，而基底則選用聚氨酯材料構(gòu)成的圓柱體，通過Ansys仿真軟件同樣得出不同層區(qū)的拉伸模型位移、應(yīng)力、應(yīng)變的數(shù)值分布情況；而后使用實驗設(shè)備對扭轉(zhuǎn)模型進行扭轉(zhuǎn)實驗,本文首先采用Pro/E軟件設(shè)計了一款扭轉(zhuǎn)夾具，使用該夾具對扭轉(zhuǎn)模型進行了扭轉(zhuǎn)實驗，最后同樣是將扭轉(zhuǎn)實驗中的結(jié)果與數(shù)值仿真中的結(jié)果進行對比，修改扭轉(zhuǎn)仿真過程中模型，力學參數(shù)使數(shù)值仿真的結(jié)果與實驗結(jié)果盡量保持一致。文中的研究工作為通過拉伸、扭轉(zhuǎn)實驗測量軟骨的力學參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：關(guān)節(jié)軟骨 力學性質(zhì) 數(shù)值模擬 實驗
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.01
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 前言9-10
• 1.2 關(guān)節(jié)軟骨的生物力學特性10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3.1 關(guān)節(jié)軟骨力學的仿真研究11-13
• 1.3.2 關(guān)節(jié)軟骨的實驗研究13-16
• 1.4 本論文特色及創(chuàng)新點16-17
• 第二章 關(guān)節(jié)軟骨的概述及人工軟骨材料的選取17-23
• 2.1 生物基礎(chǔ)17-18
• 2.1.1 關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)17-18
• 2.1.2 關(guān)節(jié)軟骨的組成18
• 2.2 力學基礎(chǔ)18-19
• 2.2.1 基質(zhì)密度18-19
• 2.2.2 溶質(zhì)擴散率19
• 2.3 人工軟骨材料的選取19-23
• 第三章 關(guān)節(jié)軟骨拉伸模型的數(shù)值模擬及實驗研究23-46
• 3.1 有限元法簡介23-24
• 3.2 拉伸條件下有限元模型的確立及結(jié)果分析24-33
• 3.2.1 模型尺寸的確定24-25
• 3.2.2 關(guān)節(jié)軟骨固定形式及基底厚度的確定25-33
• 3.3 有限元結(jié)果及結(jié)論分析33-37
• 3.4 實驗設(shè)備及相關(guān)測試方法37-40
• 3.4.1 數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)37-38
• 3.4.2 材料的制備38-40
• 3.4.3 實驗設(shè)備相關(guān)介紹40
• 3.4.4 實驗測試40
• 3.5 實驗結(jié)果及分析40-45
• 3.6 實驗結(jié)果與數(shù)值模擬對比分析45-46
• 第四章 關(guān)節(jié)軟骨扭轉(zhuǎn)模型的數(shù)值仿真及實驗研究46-54
• 4.1 扭轉(zhuǎn)夾具的設(shè)計46
• 4.2 扭轉(zhuǎn)條件下有限元模型的確立及結(jié)果分析46-52
• 4.2.1 扭轉(zhuǎn)有限元模型的建立46-49
• 4.2.2 有限元結(jié)果及結(jié)論分析49-52
• 4.3 實驗測試52
• 4.4 實驗結(jié)果及分析52-53
• 4.5 實驗結(jié)果與數(shù)值模擬對比分析53-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 5.1 全文總結(jié)54
• 5.2 前景展望54-56
• 參考文獻56-60
• 發(fā)表論文和科研情況說明60-61
• 致謝61-62

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳崇偉,衛(wèi)小春;關(guān)節(jié)軟骨淺表層的透射電鏡觀察[J];山西醫(yī)科大學學報;2005年01期

2 譚琪;田清業(yè);;關(guān)節(jié)軟骨冷凍保存異體移植的研究進展[J];中國矯形外科雜志;2006年14期

3 邱郡;張文光;吳剛;王成燾;;關(guān)節(jié)軟骨的仿生設(shè)計[J];生物醫(yī)學工程學雜志;2008年01期

4 ;《關(guān)節(jié)軟骨》一書出版發(fā)行[J];中國醫(yī)藥導報;2008年06期

5 ;《關(guān)節(jié)軟骨》一書出版發(fā)行[J];中國修復(fù)重建外科雜志;2008年03期

6 王泓;馬信龍;張園;;新鮮人關(guān)節(jié)軟骨試件在體外不同環(huán)境下退變的組織學觀察[J];中國組織工程研究與臨床康復(fù);2010年15期

7 趙斌;王玉;黃靖香;眭翔;張莉;田s

本文編號：308367