關節(jié)軟骨的動態(tài)力學性能研究.pdf

1、膝關節(jié)為人體最大且構造最復雜的關節(jié)。人在整個生命周期中對膝關節(jié)的使用非常的頻繁，其中膝關節(jié)軟骨在膝關節(jié)活動中起重要作用，其主要功能為穩(wěn)定膝關節(jié)，傳遞膝關節(jié)負荷力，緩解壓力。在壓力作用下，膝關節(jié)軟骨被壓縮，解除壓力，又可伸展，類似于彈性墊的效果，可以保護軟骨下的骨骼不受破壞。在強力驟然運動時，膝關節(jié)軟骨發(fā)生沖撞和摩擦損傷的概率很大，膝關節(jié)軟骨的動態(tài)力學性能是關系到膝關節(jié)功能是否正常運行的一個重要力學指標，對建立膝關節(jié)軟骨損傷的精細化仿真模

2、型以研究膝關節(jié)軟骨損傷機理具有重要意義。
　　與關節(jié)軟骨在準靜態(tài)條件下的力學性能相比，人們對其動態(tài)力學性能的研究較少，這是因為生物軟組織材料在動態(tài)加載條件下的力學測試難度很大。鑒于此情況，本文在傳統(tǒng)霍普金森壓桿實驗系統(tǒng)的基礎上發(fā)展了一套能準確測試關節(jié)軟骨動態(tài)力學性能的霍普金森壓桿實驗技術，成功獲得了關節(jié)軟骨的動態(tài)壓縮應力-應變曲線，并發(fā)展了ZWT本構模型，從而得到了能夠準確描述關節(jié)軟骨在很寬應變率范圍內(nèi)力學性能的非線性粘彈性本構模

3、型。
　　關節(jié)軟骨的力學性能與其所在生理部位關系較大，而與物種關系不大。由于人體膝關節(jié)軟骨獲取困難，而豬膝關節(jié)軟骨與人膝關節(jié)軟骨在材料本構與參數(shù)屬性上有相類似之處，故可用豬膝關節(jié)軟骨代替人膝關節(jié)軟骨對膝關節(jié)軟骨的動力特性進行研究。本文選取新鮮的豬后腿膝關節(jié)處關節(jié)軟骨作為研究對象，首先利用電子萬能疲勞試驗機對其進行了準靜態(tài)壓縮測試。實驗結果表明關節(jié)軟骨具有明顯的粘彈性性質(zhì)和應變率效應。
　　本文針對膝關節(jié)軟骨這種軟物質(zhì)在傳統(tǒng)霍

4、普金森壓桿實驗測試中存在的試樣兩端應力無法平衡及透射信號弱的問題，提出了相應的改進措施，并采用改進后的分離式霍普金森壓桿對豬膝關節(jié)軟骨進行了不同應變率下的沖擊壓縮實驗，獲得了成年豬膝關節(jié)軟骨在五種應變率下即500s-1、1000s-1、2000s-1、2700s-1和3500s-1的應力-應變曲線，分析了應變率對關節(jié)軟骨動態(tài)力學性能的影響。
　　本文對不同豬齡膝關節(jié)軟骨進行了生化成分測定，并根據(jù)霍普金森壓桿實驗技術獲得了3種不同豬