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基于超-黏弹性的牙周膜本构模型构建及模拟
为了准确描述牙周膜的生物力学行为,基于大变形连续介质力学理论及不可压缩各向同性假设,以人体牙周膜平面剪切和应力松弛实验数据为基础,利用有限元软件ABAQUS的数据拟合功能,构建牙周膜的超-黏弹性本构模型及参数.随后,通过对5组牙周膜平面剪切实验过程的模拟,验证牙周膜超-黏弹性模型的正确性.后,通过有限元计算对比分析牙周膜线弹性模型与超-黏弹性模型对载荷的力学响应.结果表明在牙根位移量为0～0.06 mm时,牙周膜可近似用线弹性模型表示;当位移量大于0.06 mm,两种模型的差异显著,超-黏弹性模型更加符合牙周膜的材料特性.研究结果为牙周膜提供一种实用性强的超-黏弹性模型,为牙齿正畸的生物力学研究和治疗方案的精确设计提供理论依据.
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弹道明胶力学性能测试
目的 研究弹道明胶力学性能,进而建立动态本构模型,为采用数值计算方法开展创伤弹道学相关研究奠定基础.方法 首先制备出10℃下20％弹道明胶试件,随后采用万能材料试验机和铝制霍普金森杆测试弹道明胶的准静态和动态压缩力学性能.结果 获得10℃下20％弹道明胶准静态和动态压缩应力-应变曲线;当应变为0.45时,7组应变率(10-3、10-2、10-1、5 800、7 900、10 400、13 000 s-1)下的真实应力分别为0.041、0.083、0.194、14.515、31.496、55.597、96.678 MPa.当应变率为13 000 s-1、应变从0.4增加到0.5时,应力从53.558 MPa迅速上升到164.417 MPa,增大了3.07倍.结论 弹道明胶在低应变率和高应变率范围内都有着明显的应变率效应;基于试验数据,建立形如σ=k(ε)mεn的含应变率本构模型,并给出20％弹道明胶的材料常数.
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脑组织本构模型及其生物力学特性分析
在交通事故中,颅脑损伤因其高发率和高致命率成为严重的损伤.颅脑有限元模型成为开展头部损伤研究的重要工具.模型中脑组织所应用的本构模型及材料属性是决定颅脑损伤预测结果的关键因素.本文旨在针对应用于模拟脑组织的本构模型和材料属性进行综述,从而深入理解脑组织生物力学特性,为颅脑损伤的有限元研究提供参考.
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牙周膜生物力学性质的试验研究进展
口腔正畸治疗中,牙齿的移动依赖于矫治力产生的牙周膜(Periodontal Ligament,PDL)反应,PDL的生物力学性质是正确理解正畸牙移动、牙周组织响应和制定正畸治疗计划的关键和基础.由于PDL组成成分多、牙根形态各异,对其生物力学性质的研究较为困难.该文拟对近年来研究PDL生物力学性质的各种试验方法做一综述.
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基于应力松弛试验的人牙周膜五参数粘弹性模型构建
目的:研究人牙周膜粘弹性力学行为,通过应力松弛试验获取相关数据,构建五参数粘弹性本构模型并求取模型参数.方法:取6例人牙槽骨-牙周膜-牙齿复合体制作水平切片样本,使用万能材料实验机对人牙周膜进行应力松弛实验,处理后得到松弛模量曲线.分别用三参数的Zener模型和作者提出的五参数有冲击响应的固体粘弹性模型拟合试验数据并加以比较.结果:尽管Zener模型的拟合度已经相对较高,校正决定系数在0.94至0.98之间,但残差分布范围较大,而五参数模型的校正决定系数均在0.99以上,且残差分布范围更小.结论:与Zener模型相比,五参数模型能够更好地体现松弛模量在开始阶段骤降的现象,更适合描述牙周膜粘弹性力学行为中的应力松弛特性.
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基于超弹性模型的动脉血管数值计算
目的:实验研究表明,血管在周向与轴向两种单轴向拉伸作用下表现出不同的力学特性,本文通过对血管单轴拉伸的数值计算,给出分别适用于周向和轴向荷载的模拟方法.方法:基于超弹性本构模型对轴向和周向两种单轴拉伸作用下血管的应力-应变关系进行数值计算,并结合血管组织结构特点及模型适用范围对结果进行分析,同时通过数值计算对Holzapfel-Gasser-Ogden模型中的各向异性参数对结果的影响展开讨论.结果:计算结果显示单一使用各向同性超弹性应变势函数无法准确完整的模拟两种情况下的单轴拉伸实验,周向拉伸采用各向同性超弹性本构模型的数值结果较好的吻合实验,而轴向拉伸宜采用Holzapfel-Gasser-Ogden模型.Holzapfel-Gasser-Ogden模型中各向异性参数γ描述血管中两组增强纤维主方向的分散程度,γ值越大即纤维平均主方向与轴向加载方向夹角越小,在外荷载作用下越容易使得纤维旋转到荷载方向;参数κ描述血管中每组增强纤维主方向上纤维的分散程度,κ值越大,纤维在基体中分散越广泛,材料性子越接近纤维,宏观表现越硬.结论:本文基于超弹性本构模型对轴向和周向两种单轴拉伸作用下血管的应力应变关系进行数值计算,提出分别用多项式形式的各向同性超弹性本构模型数值计算周向荷载作用下应力应变关系、Holzapfel-Gasser-Ogden各向异性超弹性本构模型数值模拟轴向荷载下力学性质,数值结果与实验吻合较好,为心血管系统的数值模拟提供指导,对血管系统的力学机制和临床研究具有重要意义.
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心脏瓣膜力学特性研究方法的现状与趋势
心脏瓣膜力学特性的研究可为心脏瓣膜修复手术的研究和人工瓣膜材料的研制提供重要理论基础.本文对心脏瓣膜力学特性研究方法的现状进行介绍,阐述了心脏瓣膜一维拉伸实验、二维拉伸实验的方法和特殊要求,讨论了几种心脏瓣膜本构模型的建立方法,后展望了心脏瓣膜力学研究的发展方向.
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牙周膜本构模型的研究进展
牙周膜的形变与牙齿的移动联系密切,阐明两者之间的关系对于正畸治疗有很大帮助.建立牙周膜本构模型对研究牙周膜应力-应变关系有重要意义.线弹性、非线性等本构模型已被提出,但仍存在争议,主要原因是牙周膜体内、体外的实验数据不够精确.本文就牙周膜本构模型的种类,牙周膜相关体内、体外实验的进展作一综述,并进行了展望.
