腰椎间盘退变是导致腰椎间盘突出症和引起腰痛的病理基础,椎间盘退变的诱因复杂,如遗传、营养、衰老、外伤和生物力学史等都会诱发腰椎间盘退变。一些学者对椎间盘压缩、拉伸、弯曲等生物力学特性做了大量的研究,但是对棘轮行为方面研究较为缺乏。棘轮行为是由循环载荷导致材料而产生变形并且不断累积的一种现象,普遍存在于许多材料中。人体在日常活动中椎间盘处于循环载荷力学环境中,研究椎间盘的棘轮行为对揭示椎间盘退变的过程具有重要的意义。本课题结合实验与有限元仿真研究循环压缩条件下腰椎间盘的棘轮行为。1.对绵羊腰椎样本L₁-L₇进行了三角波形循环压缩实验,研究腰椎间盘的棘轮行为,讨论应力峰值、应力率和节段对棘轮行为的影响。结果表明,腰椎间盘棘轮应变演化包括瞬态和准稳态两个阶段。棘轮应变和棘轮应变率均随应力峰值的增大而增大（R=0.962,P=0.004）,随应力率的增大而减小（R=-0.876,P=0.019）。压缩刚度随应力率（R=0.964,P=0.004）或应力峰值（R=0.838,P=0.037）的增大而增大。与腰椎间盘L_5-6相比,L_6-7的棘轮应变较小（P=0.04）,表明该节段的腰椎间盘更能抵抗棘轮的影响。2.基于URM一元参数控制的棘轮预测本构方程,通过引入材料系数K=0.01,建立了可以预测腰椎间盘棘轮应变演化的本构方程,预测结果与实验数据吻合较好。3.基于影像学和解剖学,建立了腰椎间盘有限元模型L_4-5,仿真研究了高频循环压缩条件下椎间盘模型L_4-5的棘轮行为,仿真符合实验结果,验证了模型的有效性。分析椎间盘内压变化,结果表明,高频循环压缩的内压随圈数的增大呈现上升的趋势。4.仿真研究了低频循环压缩条件下健康和退变腰椎间盘的棘轮行为,分析了位移、内压和总应力等参数变化。结果表明,低频循环压缩条件下,腰椎间盘位移和有效应力随圈数的增大而增大,孔隙压力、内压和总应力随圈数的增大而减小。通过对比健康和退变腰椎间盘,发现退化腰椎间盘的应力主要分布于内纤维环近腹部位置,而健康椎间盘的应力主要分布于髓核中心位置。