不同压缩速率下关节软骨力学性能的有限元模拟

通过实验与模拟结合,探究不同压缩速率下关节软骨的微观力学性能。基于纤维增强多孔弹性模型,以蛋白多糖和间隙液体为两相、用非线性弹簧单元SPRINGA替代胶原纤维的性能建立有限元模型,并由实验数据确定有限元模型相关参数,运用ABAQUS有限元分析软件对关节软骨不同层区的率相关性能进行分析。恒定压缩速率下,关节软骨浅表层应变变化最大,深层最小,中间层介于两者之间;不同压缩速率下,压缩速率越大不同层区应变变化相应越大;加载初始时,液相主要在浅表层流动,随时间持续而向中间层及深层流动,液相最大流速渗出位置也相应下移。实验基础上,建立了一个合适的纤维增强多孔弹性模型。关节软骨不同层区力学性能具有率相关性,液相在关节软骨承载机理中起重要作用,承载所造成的软骨内部液相流动有助于软骨内部营养物质的交换流通。