生物組織超彈性行為有限元分析.pdf

1、生物組織包括生物軟組織和生物硬組織，如血管、皮膚、牙齒等。不同的生物組織在各類載荷作用下的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系一般具有非線性和超彈性的特點(diǎn)。本文主要研究生物軟組織的多種超彈性本構(gòu)關(guān)系及在不同載荷作用下的力學(xué)反應(yīng)，為人工超彈性材料應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。 闡述了有限變形理論及應(yīng)用有限元法實(shí)現(xiàn)超彈性材料變形計(jì)算的具體過程。 基于經(jīng)典的各向同性超彈性材料——Neo-Hookean材料和主軸超彈性材料——本文模擬了人體腳摯組織

2、單向壓縮實(shí)驗(yàn)和動(dòng)脈血管雙向拉伸實(shí)驗(yàn)。通過計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，分析了這兩種軟組織在組成結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。指出了這兩種超彈性材料的應(yīng)用范圍和局限性。 建立了一種正交各向異性超彈性材料的本構(gòu)關(guān)系，并用這種超彈性材料模擬血管的雙向拉伸實(shí)驗(yàn)。詳細(xì)討論了勢(shì)能函數(shù)中各項(xiàng)系數(shù)對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響。通過計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，表明該模型能夠較好的描述動(dòng)脈血管的大變形特征。根據(jù)動(dòng)脈雙向拉伸的計(jì)算結(jié)果建立了血管-肌肉組合結(jié)構(gòu)模型，對(duì)拉伸、內(nèi)壓和

3、剪切變形作用下血管和肌肉組織中應(yīng)力和變形進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，通過討論勢(shì)能函數(shù)中各系數(shù)對(duì)應(yīng)力-變形曲線的影響分析了組合結(jié)構(gòu)中的血管組織的變形及材料特征。 建立了人體頸椎前縱韌帶組織單向拉伸實(shí)驗(yàn)的平面應(yīng)力模型。通過對(duì)本文建立的正交各向異性超彈性材料的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)化得到了適合描述韌帶組織大變形的本構(gòu)方程并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過討論勢(shì)能函數(shù)中各系數(shù)對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響分析了韌帶組織組成結(jié)構(gòu)及大變形特點(diǎn)。 本文的內(nèi)容有助于了解各類生物