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纸压垫的力学性能测试和优化分析
纸压垫是夹板局部外固定系统的重要组成部分,它把布带的约束力和夹板的弹性固定力转变为纠正和防止成角或侧方移位的直接效应力。是小夹板局部外固定治疗骨折的主导力量和精髓。纸压垫的放置将改变夹板固定力的均匀分布状态,大大提高纸压垫放置部位的效应力值(1.4～1.95倍)[1],有效的对抗骨折的移位倾向力和维持人体骨骼的正常生理弧度。因此针对骨折移位的倾向,合理地放置纸压垫,将能起到固定骨折和纠正残余畸形的效果。所以说纸压垫的正确应用和合理选材是小夹板局部外固定治疗骨折所不容忽视的重要问题。临床常用的由毛头纸折叠而成的纸压垫,在长期的临床实践中证明,其效果是确实可靠的。但其力学性质如何,尚未见有报道。本实验将通过对纸压垫的抗压测试,以确定纸压垫的力学统计参数(如弹性模量E等)和压缩载荷下的变形、刚度和蠕变特性。1 材料与方法纸压垫为天津医院小夹板治疗中心所提供,实验所用为临床常用的平垫(大、中)、塔形垫、梯形垫。在测量其厚度时采用“增载法”,即所有纸压垫在同一载荷下(415.2g),一定时间内(30秒)测量其厚度。本实验采用工程力学的实验方法,分别测试了纸压垫的抗压特性和蠕变特性。
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股骨距在股骨上段应力分布中的作用
股骨距位于股骨颈干连接部的后内方,是股骨上段内部负重系统的重要组成部分,与股骨上段的应力分布和骨折的治疗等密切相关[1].股骨距能承受较高的压缩载荷,具有加强股骨颈基底部的作用,参与构成衍架系统,转化股骨头所受的弯矩和扭矩.
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压缩载荷下微缺损关节软骨流体场变化的数值分析
背景:长久以来关节软骨的力学研究以固相的变形为重心,间质流动的研究相对较少,而间质流动是维持软骨正常力学行为和生理功能的核心机制.目的:研究压缩载荷作用下微缺损关节软骨流体场的变化规律,为软骨损伤力学机制的完善提供理论依据.方法:建立微缺损的纤维增强多孔黏弹性的二维关节软骨数值模型,对压缩载荷作用下间质流动过程进行模拟和参数研究,获得微缺损关节软骨的流体场分布变化规律.结果与结论:压缩载荷下,缺损部位两侧底角处间质液压的增大,会增大此处的承载能力,阻止损伤向深处扩展,而缺损两侧间质液压的减小以及该处间质流动的加快,会促进缺损向两侧扩展;此外由于缺损部位两侧底角处的应力集中处与四周存在间质液压差,会使得缺损部位的间质液以应力集中处为中心向四周流动.此研究结果表明损伤软骨具有自我调节能力,能够延缓损伤加剧.
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矩形微缺损关节软骨在压缩载荷下损伤演化的数值分析
目的 研究软骨在压缩载荷作用下的损伤扩展行为和演变机制.方法 采用有限元方法建立微缺损的纤维增强多孔弹性的软骨模型,对压缩载荷作用下损伤演化过程进行模拟和参数研究,获得不同损伤扩展阶段软骨基体和纤维的应力、应变分布规律.结果 软骨损伤表层和损伤前沿的应变随压缩量的增大而显著增大,两者呈明显的正相关性;在软骨演化过程中同时存在向深层和左右两侧扩展的趋势;软骨中的裂纹和损伤优先沿着纤维切线方向延伸,随着损伤的加剧,软骨横向扩展度明显快于纵向扩展速度.结论 软骨损伤演化过程与纤维的分布有着密切的关系,基质和纤维的损伤相互促进,骨演化速度和程度在不同层区和不同阶段存在变化.研究结果可为软骨创伤性退变的预测及修复提供定性的参考,为临床解释损伤退变病理现象和治疗提供理论依据.
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组织工程软骨修复软骨缺损区域后的力学特性分析
目的 利用组织工程技术建立体外软骨缺损实验模型,研究修复区人工软骨和宿主软骨的力学特性.方法 采用一种琼脂糖凝胶作为人工软骨,制作猪软骨深层缺损,在缺损处仿临床植入人工软骨,用生物胶黏接,建立组织工程修复膝关节软骨缺损的体外模型；在压缩载荷作用下,通过数字图像相关技术研究组织工程软骨植入缺损后修复区即刻力学行为.结果 压缩过程中界面处没有出现开裂现象,压缩分别为软骨层厚度的3.5％、5.6％、7.04％和9.0％时获得了修复区中间层应变分布图和应变变化曲线.压缩量从3.5％增加到9％时,在垂直软骨面方向上宿主软骨大压应变增加75.9％,人工软骨大拉应变增加226.99％；在平行软骨表面方向,交界面处大拉应变增加116.9％,增加量远高于宿主软骨区和人工软骨区；对于修复区剪应变,随着压缩量增加交界处剪应变方向发生相反的改变.结论 软骨组织工程修复缺损效果有很大的不确定性,这与修复区的力学环境有关.组织工程软骨植入缺损后,修复区受到复杂应变状态,随着压缩量增加,界面处、宿主软骨、人工软骨都发生较大的应变变化,界面处垂直软骨面方向的应变由压应变可转化为拉应变,平行软骨表面方向的拉应变有显著增加,交界处剪应变方向甚至发生了相反的改变,而且剪应力数值迅速增加.这种复杂应变状态造成修复区细胞力学环境的较大变化,还可能引起界面的开裂,影响缺损修复过程,这些力学环境变化应受到临床治疗的重视.
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人下颌骨在不同应变率下的压缩强度
目的研究下颌骨在不同应变率下的生物力学性质,分析应变率和骨密度对压缩强度、弹性模量和破坏应变的影响. 方法以5具新鲜男性青年尸体的下颌骨为材料,对每具标本进行骨密度测定,然后制成标准试件在INSTRON材料试验机上进行电子压缩,应变率分别为0.0005, 0.005, 0.05, 0.5 s-1,获得不同应变率下的应力-应变曲线、下颌骨的极限强度、弹性模量以及破坏应变. 应用Origin 5.0软件在PC机上进行数据统计和分析. 结果下颌骨在0.0005, 0.005, 0.05, 0.5 s-1的压缩应变率下的极限强度分别为(103 ±17), (120±15), (134±17)和(150±10) MPa;弹性模量分别为(2800±189), (3627±34 5), (4200±835)和(5120±936) MPa;破坏应变分别为(0.061±0.006), (0.056±0.009), (0.050±0.009)和(0.045±0.010) . 结论下颌骨为粘弹性材料, 其生物力学性质和应变率有密切关系, 随着应变率数量级增加, 压缩强度逐渐递增, 而骨密度和压缩强度呈正相关.
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胸腰椎爆裂骨折的生物力学研究进展
脊柱爆裂骨折是由高能量轴向压缩载荷导致的以中柱损伤为特征的脊柱骨折,多见于胸腰椎.随着影像学和生物力学的发展,对胸腰椎爆裂骨折的认识进一步加深,现综述如下.
