豬皮生物材料的力學(xué)特性研究.pdf

1、交通事故中的汽車碰撞、體育運(yùn)動(dòng)中的相互踩踏以及軍事行動(dòng)中的爆炸沖擊等都給人體帶來了極大的傷害，更有可能導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。皮膚組織作為人體主要的組織器官，覆蓋在人體表面，當(dāng)人體受到外力傷害時(shí)，最先受到傷害的就是皮膚組織。對(duì)皮膚組織的系統(tǒng)研究，尤其是高速?zèng)_擊下的動(dòng)態(tài)力學(xué)研究，可為各類事故中對(duì)人體傷害的評(píng)估以及防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)提供一定的參考數(shù)據(jù)，也可為人體皮膚替代品的研發(fā)提供重要的理論依據(jù)。
　　皮膚生物材料與傳統(tǒng)的金屬類工程材料相比，由于其

2、具有一定的生命意義和較軟的物理特性，使得皮膚組織力學(xué)性能的測試難度變得很大。本文以實(shí)驗(yàn)研究為主，針對(duì)以上的情況，制定了一套有效可行的試樣制取方法及保存方法，保證試樣為規(guī)則的圓柱狀試樣，盡可能的保持豬皮試樣的活性。
　　試樣的制取方法和保存方法確定后，進(jìn)行皮膚組織低應(yīng)變率狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)研究。低應(yīng)變率狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)研究有兩部分，首先是皮膚組織的低應(yīng)變率壓縮實(shí)驗(yàn)，固定壓縮應(yīng)變值，分別得到不同加載速率下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，對(duì)不同加載速率下的實(shí)驗(yàn)

3、結(jié)果對(duì)比分析；然后是壓縮松弛實(shí)驗(yàn)，研究了不同應(yīng)變以及不同加載速率下的松弛情況。將低應(yīng)變率壓縮實(shí)驗(yàn)與壓縮松弛實(shí)驗(yàn)的結(jié)果聯(lián)系對(duì)比，分析探究它們之間存在的內(nèi)在關(guān)系，對(duì)其存在的現(xiàn)象進(jìn)行了初步解釋。
　　在已有的霍普金森壓桿（SHPB）實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，探索研究了皮膚軟組織在高應(yīng)變率狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，得到不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與低應(yīng)變率壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)皮膚材料在很寬的應(yīng)變率范圍內(nèi)具有極其明顯的應(yīng)變率效應(yīng)。且對(duì)皮膚的

4、應(yīng)變率效應(yīng)以及SHPB試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線上面的凸起現(xiàn)象做出可能的解釋。
　　在前人研究的基礎(chǔ)之上，對(duì)皮膚軟組織的本構(gòu)模型稍做改進(jìn)。已有大量文獻(xiàn)中描述皮膚軟組織的本構(gòu)模型都采用描述橡膠材料的超彈性模型，或者是用來描述黏彈性材料的粘彈性模型。本文將超彈性模型與黏彈性模型結(jié)合起來，建立一個(gè)黏-超彈性模型，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，最終得到皮膚材料的生物力學(xué)模型參數(shù)。在選擇超彈性模型的時(shí)候，用各種超彈性模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，選擇了擬合度較高