PVA /HA复合水凝胶力学性能分析及有限元模拟

目的通过实验与有限元模拟对羟基磷灰石(HA)改变聚乙烯醇/羟基磷灰石(PVA/HA)复合水凝胶的力学性能本质及其承载特性进行研究。方法在UMT试验机上进行PVA/HA复合水凝胶的压缩及应力松弛实验。通过模拟与实验结果相结合,研究PVA/HA复合水凝胶的承载特性及HA对其性能的影响。结果随着HA含量的增加,PVA/HA复合水凝胶的压缩模量先增大后减小,而渗透系数先减小后增大;HA含量为3%的PVA/HA复合水凝胶压缩模量最大、渗透系数最小,分别为1.25 MPa和1.59×10-3 mm4.N-1.s-1。PVA/HA复合水凝胶的液体承载比例随着施载时间的增加呈现先增加后减小的非线性变化,加入HA的PVA/HA复合水凝胶的液体承载比例明显增加。应力松弛速率随着HA含量增加呈先上升后下降趋势,下压相同位移HA,含量为3%时,PVA/HA复合水凝胶所能分散的应力更多。结论 PVA/HA复合水凝胶内部的承载特性影响着其力学性能,HA含量为3%时的PVA/HA复合水凝胶力学性能最优,更接近于天然关节软骨的力学性能。     

牛膝关节软骨的力学承载特性及其有限元仿真分析

目的分析软骨的压缩变形行为和液相力学承载特性的关系。方法利用压痕实验测定牛膝关节软骨在不同压头直径、不同载荷下的压缩变形位移,建立有限元模型模拟关节软骨内部液相流动及承载特性。结果模拟压缩位移与实验结果最大相对误差为1.73%,在相同载荷作用下,随着压头直径的增大,软骨的弹性模量与渗透系数随之增大;在相同压头直径作用下,随着载荷的增大,软骨的弹性模量与渗透系数随之减小。载荷作用在软骨上,软骨内部液相主要在软骨内流动,随着载荷的持续,液相逐渐向软骨外流动。软骨表面的孔隙压力、轴向应力、径向应力由于液相的流动呈非线性变化。结论软骨表面的液相流动、孔隙压力及应力分布等影响软骨表面的承载特性;在不同压头、不同载荷下,软骨的承载特性有较大差异。