猪髌骨关节软骨压痕力学性能及粘弹性研究

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1、分类号:TH873单位代码:10183研究生学号:20154140242密级:公开吉林大学硕士学位论文(专业学位)猪髌骨关节软骨压痕力学性能及粘弹性研究ResearchonMechanicalPropertiesandViscoelasticityofPorcinePatellaArticularCartilagethroughIndentation作者姓名:李源尚类别:工程硕士领域(方向):机械工程自主驾驶车辆控制指导教师:赵宏伟教授副教授陈虹教授企业导师:庄庆伟教授级高工培养单位:机械科学与工程学院2018年6月—————————————————————猪髌骨关节软

2、骨压痕力学性能及粘弹性研究—————————————————————ResearchonMechanicalPropertiesandViscoelasticityofPorcinePatellaArticularCartilagethroughIndentation作者姓名:李源尚领域:机械工程指导教师:赵宏伟教授企业导师:庄庆伟教授级高工类别:工程硕士答辩日期:2018年06月02日未经本论文作者的书面授权,依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人,均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制V修改、发行V出粗、改编等有碍作者著作权的商

3、业性使用(但纯学术性使用不在此P艮)。否则,应承担侵权的法律责任。吉林大学博士或硕士)学位论文原创性声明(本人郑重声明:所呈交学位论文,是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出童要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。>学位论文作者签名:41/。咖W曰期:M時本文工作得到下列项目资助1.国家重大科学仪器设备开发专项“材料力学性能原位测试仪器与软件系统的研制开发”

4、(2012YQ03007501),2012.10-2016.102.国家自然科学基金项目“接近服役条件下材料微观力学性能原位测试新技术的研究”(51275198),2013.1-2016.123.国家高技术研究发展计划(863计划)重大项目课题“跨尺度原位力学测试新技术与仪器装备的开发制造”(2012AA041206),2011.12-2015.12摘要关节软骨属于透明软骨的一种,不仅十分光滑,同时具有弹性,这种特性使得关节软骨在关节的运动中可以充分地发挥缓冲应力、吸收震荡、润滑关节表面、防止磨损等重要作用。关节软骨优异的力学性能以及日益增加的关节软骨疾病使得对关节软骨

5、力学性能的研究刻不容缓。研究关节软骨的生物力学性能不仅可以帮助我们了解骨关节病的预防和治疗,还能够为用于软骨修复的仿生关节软骨材料提供力学参考,这些研究成果对人类治疗相关软骨疾病有十分重要的意义。此外,由于压痕测试中试样受载情况更为复杂,包含拉伸、压缩、剪切等多种载荷模式,更能准确的模拟出实际工作中软骨的受载状态。论文首先对国内外关节软骨的研究现状和生物材料的特性进行了综述,进而明确了使用压痕测试技术开展猪髌骨关节软骨的力学性能测试研究。论文主要完成以下工作:(1)开展了猪髌骨关节软骨的压痕试验,以位移控制的加载方式研究了存储条件、加载方式、压头参数对其力学性能的影响规

6、律。研究发现不同存储条件下其力学性能差异显著;且在同一压痕深度时,当加载速率从5μm/s增加到50μm/s其测量得到的弹性模量增加;当压痕加载速率一致时,压头直径Φ0.6mm的平头圆柱压头测量得到的弹性模量最大,压头直径Φ0.8mm的压头次之,压头直径Φ1.0mm的压头最小。(2)提出基于应变速率的数据处理方法,并运用此方法将不同实验条件下的生物压痕数据进行整理。研究发现应变速率越大,测量得到的弹性模量越大。在此基础上研究了SLS、DMW、TMW三种粘弹性模型在拟合压痕实验数据时的优缺点,并基于Prony级数的压痕实验曲线拟合,计算得到了猪髌骨关节软骨压痕实验过程中的粘

7、弹性力学性能参数—弹性模量。关键词:关节软骨,压痕,弹性模量,应力松弛,粘弹性IAbstractArticularcartilageisakindofhyalinecartilage,whichisnotonlyverysmooth,butalsohaselasticity.Thischaracteristicmakesthearticularcartilagecanfullyplaytheimportantroleofbufferingstress,absorbingshock,lubricatingthejointsurfaceand

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