各向异性松质骨弹性性能有限元分析

骨质疏松会导致松质骨细化从而降低松质骨力学性能。为了评估椎体松质骨的力学特性,文中采用有限元参数化建模,利用十四面体模型模拟棒状小梁骨的微结构,对各向异性松质骨的弹性性能进行了计算分析。通过控制输入参数Tb.Th、Tb.Sp、E0模拟不同骨质疏松程度的松质骨。计算结果表明,松质骨模量与骨体积分数呈平方律关系;随着各向异性比的增加,松质骨纵、横向模量间的比值呈线性增加,而横向两个模量保持基本一致。结果说明该微结构模型较好地反映了松质骨的横观各向同性性质,并能较好地反映受载松质骨的应力分布。     

各向异性松质骨压缩模量和强度的数值预测

基于有限元参数化建模方法,用各向异性十四面体单胞模型来模拟棒状骨小梁构成的松质骨微结构;通过数值计算,给出压缩模量预测与已有实验结果的比较;基于该模型,进一步对松质骨的表观压缩强度进行数值预测。结果表明:各向异性十四面体单胞模型能有效地用于松质骨压缩模量和强度的数值预测,预测结果与实验数据及经验公式相吻合;相对于利用模量对强度进行预测的经验公式而言,研究所用的有限元方法能够反映各向异性对松质骨强度的影响,从而在一定程度上解释实验中强度数据的分散性。