【摘要】：骨是人體的支架,具有支持、運(yùn)動和保護(hù)功能;松質(zhì)骨是皮質(zhì)骨下一種多孔、非均質(zhì)、各向異性和具有粘彈性的結(jié)構(gòu),是骨的重要組成部分;松質(zhì)骨在負(fù)載傳輸和能量吸收方面起著十分重要的作用,與皮質(zhì)骨力學(xué)性能不同。目前骨力學(xué)研究較多的在皮質(zhì)骨領(lǐng)域,近年來松質(zhì)骨報道逐漸增多,但在過載條件下松質(zhì)骨粘彈特性、棘輪效應(yīng)等力學(xué)性能還需深入研究,其研究對揭示骨力學(xué)行為有重要意義。本文以豬股骨遠(yuǎn)端處的松質(zhì)骨為研究對象,通過實(shí)驗(yàn)測試和理論模型預(yù)測,研究了單軸壓縮載荷下松質(zhì)骨的蠕變性能和應(yīng)力率依賴性能。研究發(fā)現(xiàn),恒定應(yīng)力水平下,松質(zhì)骨的蠕變應(yīng)變隨加載時間的增加先快速增大,之后緩慢增大;隨應(yīng)力水平的提高,蠕變應(yīng)變增加,而蠕變?nèi)崃繙p少。應(yīng)力率對松質(zhì)骨的壓縮行為有顯著影響,隨著應(yīng)力率的增加,松質(zhì)骨的楊氏模量也增加,說明松質(zhì)骨是一種率相關(guān)的非線性粘彈性材料�？紤]到松質(zhì)骨的非線性粘彈性特征,本文建立了松質(zhì)骨的蠕變模型和非線性粘彈性本構(gòu)模型,對不同恒定應(yīng)力水平下松質(zhì)骨的蠕變性能和不同應(yīng)力率下的單軸壓縮性能進(jìn)行了預(yù)測,并將預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)二者吻合良好。通過不同加載條件下松質(zhì)骨的棘輪實(shí)驗(yàn),研究了應(yīng)力幅值、應(yīng)力率、平均應(yīng)力和波峰/波谷保持時間等因素對松質(zhì)骨棘輪行為的影響。在循環(huán)壓縮棘輪實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)棘輪應(yīng)變和棘輪應(yīng)變率隨著應(yīng)力幅值的增加而增加,隨著應(yīng)力率的增加而減少。相同條件下,無骨髓的松質(zhì)骨棘輪應(yīng)變要小于正常松質(zhì)骨的棘輪應(yīng)變。同時,從微觀圖像中得出松質(zhì)骨在不同的深度,其棘輪應(yīng)變變化基本上是一致的。在循環(huán)拉壓棘輪實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值的變化以及波峰/波谷保持時間的長度都會影響材料的棘輪行為,平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值的增加以及保持時間的延長都會加速棘輪應(yīng)變的累積。在高頻拉壓棘輪疲勞實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)疲勞壽命隨著應(yīng)變幅值的增加而大幅縮短。微觀圖像顯示,疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展會最終導(dǎo)致松質(zhì)骨試樣的斷裂。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R336;TP391.73

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本文編號：2577694