[发明专利]一种用于测量生理载荷作用下关节软骨力学性能的模型

摘要

一种用于测量生理载荷作用下关节软骨力学性能的模型，包括滑动压缩模型和滚动压缩模型，该模型将软骨分为不同层区进行滑动压缩和滚动压缩仿真，考虑了软骨的各向异性特征及实际的生理载荷条件。同时结合有限元软件ABAQUS中的弹簧单元模拟胶原纤维的拉伸性能，考虑了组成成分的作用；该模型用于测量生理载荷下关节软骨的力学性能，包括滑动压缩测量和滚动压缩测量。本发明的优点是：该有限元仿真方法的运用更加接近关节软骨真实受力环境，更加接近软骨组成成分的功能，因此能准确模拟生理载荷下软骨的微观力学性能。

主权项

一种用于测量生理载荷作用下关节软骨力学性能的模型，其特征在于：包括滑动压缩模型和滚动压缩模型，其中滑动压缩模型包括滑动压头、软骨模型、分层结构，滑动压头为半圆形，可对软骨施加一定的压缩量并在软骨表面连续滑动，软骨模型由不同层分层结构组成；滚动压缩模型包括滚动压头、软骨模型、分层结构，滚动压头为圆形，可对软骨施加一定的压缩量并在软骨表面连续滚动，软骨模型由不同层分层结构组成；软骨为二维的软骨模型，通过使用ABAQUS中的Shell建立并分割为3‑9层，同时根据浅表层、中间层及深层各占15%、55%、30%的比例自上而下定义三组不同层区，每层赋予不同的材料属性，每层的杨氏模量和泊松比取不同的值，其中泊松比为0‑0.499，杨氏模量自浅表层到深层递增；采用八节点孔压单元模拟固体基质，节点之间连接有弹簧单元用于模拟胶原纤维的拉伸性能；滑动压头采用ABAQUS中Part下的二维线选项建立，类型为解析刚体；滚动压缩模型的建立与滑动压缩模型相同，不同之处是滚动压头采用ABAQUS中Part下的二维壳选项建立，类型为可变形，定义其刚度为210GPa或定义为一种圆形离散刚体线。