基于纤维含量的关节软骨有限元建模及损伤修复分析

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Crownless
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关节软骨是一层非常薄的光滑半透明状结缔组织,是人类进化过程中不断优化而成的必要产物,主要作用是承担关节面间产生的生理载荷及摩擦润滑作用,由于软骨内部无血管、淋巴管,一旦发生损伤时便很难自我愈合,从而诱发骨关节炎,在现代社会中,由关节软骨损伤所导致的骨关节炎发病几率越来越高,给个人及家庭带来了很大的负担。研究软骨的力学性能和结构相互之间的关系,对骨关节炎的预防以及组织工程修复后的软骨力学状态有着指导性的重要意义。而运用有限元方法可以很好的分析软骨的力学状态。  本文首先结合关节软骨的复杂生理结构,由于软骨内位于软骨表面附近的胶原纤维基本都平行相切于软骨表面,所以本文在考虑软骨内固相、液相、纤维增强相的基础上,进一步考虑软骨表面附近的主要纤维和次要纤维含量的影响,建立软骨的切线层区,从而对纤维增强多孔弹性模型进行了一定的改进优化,基于改进的模型,运用ABAQUS软件以及Fortran语言完成模型的建立,其次用所建立的模型来模拟比对其他学者所进行的实验,完成模型的实验对比,进而验证了模型的有效性。  最后,将所建立的软骨有限元模型进行了应用。一、在滑动的条件下对不同程度的修复深度进行有限元分析,来探讨在滑动时不同修复深度的力学性能差异,从而选出最适合软骨的修复深度。二、对局部压缩和整体压缩下的全层损伤修复软骨进行有限元分析,通过对植入体软骨选取不同的弹性模量,来分析优选出植入体软骨合适的弹性模量范围,并对比相同压缩深度两种载荷下的力学性能差异,从而较全面的给出修复软骨受压后的力学状态,为临床病理学提供一定的理论基础。
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