国家自然科学基金(30810103908C100203)
- 作品数：3 被引量：13H指数：2
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- 软骨细胞力学环境的跨尺度计算被引量：1
- 2012年
- 目的通过跨尺度计算,比较表层和深层软骨细胞的周边力学环境。方法建立软骨细胞两相力学模型,将软骨两相力学模型里的结果映射到细胞模型对应边界上作为边界条件。计算细胞模型得到软骨细胞的周边力学环境并进行分析。结果深层软骨细胞及周边应力比表层细胞的小一半,但都远小于细胞外的应力。软骨细胞周围基质(pericellular matrix,PCM)承担了细胞外的高应力,显著降低了细胞内的应力。两处细胞周围的间隙流动方向完全相反。结论软骨承载能力使深层软骨细胞附近应力显著降低,保护了深层软骨细胞及软骨下骨。PCM承担了细胞外围高应力,保证了软骨细胞生存工作所需的低应力环境。两处细胞周围相反的间隙流动支持了由表层关节液渗透及软骨下骨营养泵入构成的软骨双向营养供给学说。
- 周海宇李元超王成焘
- 关键词：软骨细胞应力生物力学
- 力学参数随深度变化的关节软骨数值模拟被引量：6
- 2011年
- 目的在软骨数值模拟中,对由于设置均匀和随深度变化的力学参数而导致的结果差异进行评估。方法利用COMSOL多孔介质模块建立软骨非线性两相多孔介质模型。在静载荷下,分别用均匀和随深度变化的两种软骨力学参数对模型进行了计算,并对两者的计算结果差异进行了分析。结果对于软骨总应力,两种参数设置的结果之间差异很小。但在分析软骨的固相应力、液体压力和流动等较深入细致的问题时,两种参数设置结果之间的差异不能忽略。结论不同的软骨力学参数设置对软骨总应力的结果几乎没有影响,但对软骨内流速场则影响很大。所以均匀的力学参数设置可用来简化计算软骨总应力的问题,而其他一些更细致的分析需要立足于随深度变化的软骨力学参数。这些结论可以为今后的软骨建模和数值计算提供参考,为人工关节的设计和计算奠定基础。
- 周海宇李元超王成焘
- 关键词：关节软骨数值模拟
- 关节软骨胶原纤维增强特性被引量：7
- 2013年
- 目的在COMSOL关节软骨计算中引入胶原纤维增强特性,并分析引入前后模型结果的差异。方法以软骨中胶原纤维的走向为基础,对胶原纤维的应力单独建模,将胶原纤维的应力写入到原来软骨多孔弹性模型中。为避免应变2次项的出现采用了函数调用方式,同时提高求解器的迭代次数以更好收敛。结果胶原纤维增强模型表面的Y方向初始位移仅为15μm,是非增强模型的17.6%。增强模型的X方向正应变仅为非增强模型的10%,而近表面的X方向正应力超过非增强模型的10倍。结论在COMSOL关节软骨计算中实现了胶原纤维增强特性的引入,为软骨胶原纤维损伤提供了计算模型和理论分析。胶原纤维通过横向增强约束了竖直方向的应变,提高了软骨承载能力,改善了软骨的力学性能。
- 周海宇李元超王成焘
- 关键词：关节软骨应力力学特性
