【摘要】：有限元方法已經(jīng)成為損傷生物力學研究的重要手段,準確的皮質(zhì)骨材料本構(gòu)參數(shù)對研究人體沖擊損傷和人工骨骼等醫(yī)學問題具有重要意義�；陂L骨皮質(zhì)骨的生理結(jié)構(gòu),提出批量制備高精度規(guī)則試樣的加工方法,并開展準靜態(tài)三點彎曲試驗;采用基于梁理論和基于特定樣本有限元模型優(yōu)化反求兩種方法,研究皮質(zhì)骨材料的各向異性和區(qū)域差異,并通過線性回歸分析建立兩種識別方法所得材料參數(shù)的回歸模型。制備橫向和軸向試樣各16個,所提出的試樣制備方法能夠保證試樣間的尺寸偏差不超過4%,基于梁理論方法求得的新鮮牛股骨皮質(zhì)骨軸向和橫向試樣的楊氏模量分別為(21.70±3.33)GPa和(14.47±2.10)GPa,極限應力分別為(249.21±38.83)MPa和(106.81±21.05)MPa,極限應變分別為1.95%±0.35%和1.06%±0.20%,與文獻結(jié)果吻合。對利用優(yōu)化方法和梁理論方法求得的楊氏模量、屈服應力和有效塑性應變進行線性回歸分析,回歸模型擬合精度分別為96.4%、98.7%和89.3%(P0.05)。研究結(jié)果表明,所提出的試樣制備方法能夠高效地加工尺寸精度較高的規(guī)則試樣,并良好地保持試樣的生物力學特性。在皮質(zhì)骨準靜態(tài)三點彎曲試驗中,基于特定樣本有限元模型的材料參數(shù)反求方法能夠識別更準確的材料本構(gòu)參數(shù),而基于梁理論識別參數(shù)的回歸模型則能夠快速準確地預測皮質(zhì)骨的彈性模量、屈服應力和有效塑性應變。
[Abstract]:Finite element method has become an important means to study the biomechanical study of injury. Accurate constitutive parameters of cortical bone materials are of great significance to the study of medical problems such as human impact injury and artificial bone. Based on the physiological structure of long bone cortical bone, the processing method of batch preparation of high precision regular samples was proposed, and the quasi-static three-point bending test was carried out. the anisotropy and regional difference of cortical bone materials were studied by using beam theory and finite element model optimization based on specific samples, and the regression model of material parameters obtained by the two identification methods was established by linear regression analysis. The proposed sample preparation method can ensure that the size deviation between samples does not exceed 4%. The Young's modulus of fresh bovine cortical bone based on beam theory is (21.70 鹵3.33) GPa and (14.47 鹵2.10) GPa, respectively. The ultimate stresses are (249.21 鹵38.83) MPa and (106.81 鹵21.05) MPa, respectively. The ultimate strain is 1.95% 鹵0.35% and 1.06% 鹵0.20%, respectively, which is in good agreement with the results in the literature. Linear regression analysis was carried out on Young's modulus, yield stress and effective plastic strain obtained by optimization method and beam theory method. The fitting accuracy of the regression model was 96.4%, 98.7% and 89.3%, respectively (P 0.05). The results show that the proposed sample preparation method can efficiently process regular samples with high dimensional accuracy and maintain the biomechanical properties of the samples. In the quasi-static three-point bending test of cortical bone, the reverse method of material parameters based on the finite element model of specific samples can identify more accurate material constitutive parameters, while the regression model based on beam theory can quickly and accurately predict the elastic modulus, yield stress and effective plastic strain of cortical bone.
【作者單位】： 湖南大學汽車車身先進設(shè)計制造國家重點實驗室;
【基金】：國家自然科學基金(51205118) 中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(531107040162) 湖南大學汽車車身先進設(shè)計制造國家重點實驗室自主研究課題(51475002)
【分類號】：R687;R318.08

【參考文獻】

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【二級參考文獻】

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本文編號：2524213