水对骨组织生物摩擦学损伤多尺度的有限元分析

Multilevel finite element analysis on the biological tribology damage of water on bone tissue

二维码有效期 120s

摘要背景:骨组织是人体含水量较低的组织,很多研究报道了力学性能与水含量的关系,但水含量对骨组织生物摩擦学行为的研究却鲜见报道,且多为实验研究.目的:建立多尺度数值模型,探索水分对骨组织摩擦学行为的影响和损伤机制.方法:骨组织干燥处理后进行纳米压痕、往复滑动摩擦和冲击磨损实验,并建立以球-平面接触的多尺度有限元模型.结果与结论:干燥降低了骨组织黏弹性,在外载下表现出不同的损伤机制,摩擦学性能明显下降.数值分析表明:高载荷条件下,哈佛氏管、同心骨板及间骨板均存在高应力状态,易引发裂纹萌生和磨损剥落.在细观尺度下,干燥削弱了应力的吸收和打断作用,有利于孔隙裂纹延伸.在微观尺度下,骨小管和骨陷窝结构的高应力梯度是组织损伤的重要原因.

作者何泽栋 ^[1] 赵婧 ^[1] 陈亮宇 ^[1] 李科 ^[1] 翁杰 ^[2] 学术成果认领

作者单位西南交通大学机械工程学院,四川省成都市,610031 ^[1] 西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室,四川省成都市,610031 ^[2]

关键词骨科植入物数字化骨科骨组织水有限元分析损伤国家自然科学基金

主题词骨和骨组织(Bone and Bones)创伤和损伤(Wounds and Injuries)水(Water)有限元分析(Finite Element Analysis)摩擦(Friction)

分类号 R318

栏目名称 骨关节生物力学

DOI 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.07.011

发布时间 2017-04-14

基金项目

国家自然科学基金资助项目 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2682014SWJTU11CX020) the National Natural Science Foundation of China, No. 51205327 the Special Research Foundation of Doctoral Course in Colleges and Universities, No. 20120184120019 the Special Fund for Basic Scientific Research of Central University, No. 2682014SWJTU11CX020