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动态仿真分析车辆低频振动对人体腰椎的损伤机制
背景:长期暴露在车辆低频振动环境中将对人体腰椎健康产生影响,而关于低频振动载荷对人体腰椎力学性能的影响机制却未被深入研究.目的:通过进行动态有限元仿真分析,探究不同振动频率对人体腰椎力学性能的影响机制.方法:建立带有三维实体韧带的L2-L3节段多孔弹性人体腰椎有限元模型,进行与时间相关的动态仿真分析,观测车辆正常行驶所引起的不同振动频率对腰椎力学性能的影响.结果与结论:①相同振动时间作用下,相比动态载荷,静态载荷引起相对小的应力与位移;②随着振动频率升高,腰间盘轴向有效应力与径向位移逐渐增大,髓核孔压逐渐减小;③当振动频率足够高时,参数数值随振频继续升高变化不大;④提示应力与位移过大及孔压消散过快均不利于腰椎的受力与性能恢复.因此,静态载荷对腰椎力学性能影响相对较小;共振频率振动对腰椎力学性能产生的负面影响大;在一定频率范围内,车辆行驶所引发的振动频率越高,对驾驶员腰椎的损伤程度越大.
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血管脉动对骨单元内液体流动行为的影响
骨组织内部存在两大类液体,一类是血液,一类是间隙流.骨细胞新陈代谢主要依赖于间隙流微环境.在骨组织的微观结构下,骨单元壁中液体的渗流行为是研究的热点.本文的主要目的是考察中央哈弗管的血管脉动对骨单元壁中的间隙流流动行为的影响.本文利用COMSOL Multiphysics软件分别建立了中空的和考虑哈弗管中血管脉动的骨单元多孔弹性力学有限元模型,并对比了轴向载荷下两种模型中骨单元壁中的液体渗流行为.结果表明:当考虑哈弗管中的血管脉动时,骨单元壁中液体的压力会明显增大,而流速几乎没有影响.具体地,骨单元孔隙组织液的压力幅值随着血压脉动幅值的增大而增大,受脉动频率的变化影响不大,而血压脉动幅值及频率对骨单元孔隙组织液的流速基本没有影响.该有限元模型可用来进一步研究非轴对称载荷及微裂缝等复杂应力状态下骨单元的多孔弹性力学行为,并为研究骨的力传导及力-电传导机制提供新方法.
