软生物材料的宏观缩试验和超弹性材料模型的评估,这些模型是从反向有限元素分析中得出的
Venkat Ayyalasomayajula1, Øyvind Ervik2, Hanne Sorger2
1Department of Structural Engineering, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, 7052, Norway.
Journal of the mechanical behavior of biomedical materials
|January 11, 2024
概括
软材料,如水凝和组织的机械表征是困难的. 这项研究使用缩实验和计算分析可靠地确定它们的弹性模量和超弹性特性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 生物力学 生物力学
- 计算力学 计算力学 计算力学
背景情况:
- 描述像水凝和组织这样的超软材料 (1-100 kPa弹性模量) 提出了实验和参数估计的挑战.
- 这些材料表现出高弹性行为,在较大的压力下进行应变硬化,需要先进的建模技术.
研究的目的:
- 以可靠的方式确定软生物材料的弹性模量,使用宏观尺度缩.
- 为了研究和计算分析超弹性软材料的球体内.
- 为了确定合适的超弹性材料模型,以准确表征.
主要方法:
- 在牛肝和牛淋巴结样本上使用球形入器进行了宏观缩入实验.
- 进行了强大的计算分析,包括反向有限元分析,以确定超弹性材料的特性.
- 评估了新胡肯和第一阶段的奥格登超弹性模型的适用性.
主要成果:
- 通过宏观尺度缩成功确定了经过测试的软材料的弹性模量.
- 新胡金和第一阶段的奥格登模型被确定为最适合描述超弹性行为.
- 证明了反向有限元素方法在唯一识别异性质材料的所有参数方面的限制.
结论:
- 宏观的球形缩影与计算分析相结合,提供了一种可靠的方法来表征软生物材料.
- 选择超弹性模型对于准确的机械性能估计至关重要.
- 需要进行进一步的研究,以解决异性质软组织的参数识别挑战.
