本文選題：關節(jié)軟骨 + 壓縮回彈��； 參考：《天津理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著社會文明的發(fā)展,健康越來越被人們所追捧,健身運動已經(jīng)成為人們生活中的一部分。但是大強度的運動很可能在不經(jīng)意間造成軟骨的損傷,尤其是在未經(jīng)完全恢復的情況下再次運動。眾所周知,關節(jié)軟骨是緩沖關節(jié)負載、減小外力與關節(jié)的接觸應力、降低關節(jié)運動時的摩擦、磨損的重要支撐組織�？梢哉f關節(jié)軟骨的健康是關節(jié)運動的必要條件。因此研究軟骨回彈力學性質有一定的現(xiàn)實意義。在此之前,研究關節(jié)軟骨的種類有很多,包括關節(jié)軟骨的拉伸、壓縮、缺損及關節(jié)軟骨的棘輪效應等,但是對關節(jié)軟骨回彈的研究還未見有相應的報道。本文主要是想探究:1.利用先進的非接觸式拉壓機,通過不同的加載方式進行實驗。而后結合數(shù)字圖像相關技術及后處理的相關技術來研究對不同加載載荷及時間對關節(jié)軟骨回彈力學性能的影響。2.基于關節(jié)軟骨內(nèi)部的纖維結構及它的固—液二相性,結合以前實驗得出的一些參數(shù),運用ABAQUS有限元分析軟件對關節(jié)軟骨進行簡化建模,模擬出關節(jié)軟骨在不同載荷、不同持續(xù)壓縮時間下的回彈仿真,然后得出關節(jié)軟骨回彈仿真的相關力學性能。3.結合非線性粘彈性材料的本構模型,預測回彈規(guī)律,并與實驗仿真結果相對比,得出較準確的結論。結果顯示在不同載荷不同壓縮時間下不同層區(qū)的軟骨回彈性能是不盡相同的,但是回彈的趨勢是有可比性的�；貜棔r軟骨淺表層回彈的應變變化最快,深層區(qū)最小,各層區(qū)應變分別從20%、10%、6%左右降到3%所用的時間相似;回彈時間越長,軟骨不同層區(qū)回彈的應變變化越緩慢,但最終各層區(qū)應變均會小于1%。相同層區(qū)不同壓縮載荷作用下,在回彈初期,載荷越大,軟骨回彈應變變化越快;在回彈后期,載荷越小,回彈應變變化越快。最終載荷小的更接近壓縮前的狀態(tài)。相同層區(qū)不同持續(xù)壓縮時間和載荷的影響相似。另外在關節(jié)軟骨的有限元仿真中也對軟骨回彈仿真進行了和實驗相同的加載方式。從對比結果來看:仿真結果和實驗結果及理論推導得出了比較吻合的變化趨勢。說明了本次研究具有一定的參考意義。結果表明軟骨各個層區(qū)回彈狀況與其各層區(qū)的結構是具有相關性的。從數(shù)據(jù)上看,關節(jié)軟骨90%左右的回彈主要集中在前十五分鐘左右。關節(jié)軟骨不同層區(qū)的力學回彈性能與其加載載荷和加載持續(xù)時間都有密切的相關性。且壓縮時間和壓縮載荷具有相似的影響效果。載荷和壓縮時間的增加都會對回彈產(chǎn)生不利的影響。從回彈后期數(shù)據(jù)說明經(jīng)過一定的時間基本能回彈到壓縮前的狀態(tài)。
[Abstract]:With the development of social civilization, health is more and more sought after, fitness has become a part of people's life. But heavy exercise is likely to cause cartilage damage inadvertently, especially if it is not fully recovered. As we all know, articular cartilage is an important supporting tissue to buffer joint load, reduce contact stress between external force and joint, and reduce friction and wear during joint motion. It can be said that the health of articular cartilage is a necessary condition for joint movement. Therefore, it is of practical significance to study the mechanical properties of cartilage springback. Before this, there are many kinds of articular cartilage, including articular cartilage stretching, compression, defect and articular cartilage ratchet effect, but the research on articular cartilage springback has not been reported. The main purpose of this paper is to explore 1: 1. Using advanced non-contact drawing press, the experiment is carried out through different loading methods. Then the effects of different loading loads and time on the springback mechanical properties of articular cartilage were studied by combining digital image correlation and post-processing techniques. Based on the fiber structure of articular cartilage and its solid-liquid biphase, combined with some parameters obtained from previous experiments, the simplified modeling of articular cartilage was carried out by using ABAQUS finite element analysis software, and the different loads of articular cartilage were simulated. The springback simulation of articular cartilage with different sustained compression time was carried out, and the related mechanical properties of the springback simulation of articular cartilage were obtained. 3. Combined with the constitutive model of nonlinear viscoelastic materials, the springback law is predicted, and compared with the experimental results, a more accurate conclusion is obtained. The results show that the springback performance of cartilage in different layers is different under different loading and compression time, but the trend of springback is comparable. When springback occurs, the strain of the shallow surface of cartilage changes fastest, and that of the deep layer is the smallest, and the strain of each layer decreases from 106% to 3% respectively, and the longer the springback time is, the slower the strain changes in the different layers of cartilage. But the strain of each layer will be less than 1. Under the action of different compression loads in the same layer, in the initial springback stage, the greater the load, the faster the springback strain changes, and the smaller the load is, the faster the springback strain changes at the later springback stage. The final load is smaller and closer to the state before compression. The effect of different sustained compression time and load on the same layer is similar. In addition, in the finite element simulation of articular cartilage, the springback simulation of cartilage is carried out in the same way as the experiment. From the comparison results, the simulation results and experimental results, as well as theoretical derivation, show that the variation trend is consistent. It shows that this study has certain reference significance. The results show that the springback of each layer of cartilage is related to the structure of each layer of cartilage. From the data, articular cartilage about 90% of the rebound mainly concentrated in the first 15 minutes or so. The mechanical resilience of different layers of articular cartilage is closely related to the loading load and loading duration. The compression time and the compression load have similar effect. The increase of load and compression time will have a negative effect on springback. From the springback data show that after a certain period of time can basically rebound to the state before compression.
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R873;R318.01

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