一个Ogden超弹性3D微机械模型,用于描绘大脑白质中的Poynting效应
Mohit Agarwal1, Assimina A Pelegri1
1Mechanical and Aerospace Engineering Rutgers, The State University of New Jersey, New Brunswick, NJ, USA.
Heliyon
|February 19, 2024
概括
研究人员模拟了大脑白质,以研究Poynting效应,这种现象是软材料垂直于剪切而变形. 这项研究揭示了轴突的方向和负荷如何影响大脑组织中的非线性行为.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 神经科学是一个神经科学.
背景情况:
- 波因廷效应是一种非线性机械反应,在切割或扭曲下观察到软固体,如大脑白质.
- 这种效应涉及垂直于施加的剪切或扭曲平面的材料变形,导致延长或收缩.
研究的目的:
- 开发和利用一种新的3D微机械有限元素模型 (FEM) 来模拟脑白质 (BWM) 中的Poynting效应.
- 调查轴突纤维方向和细胞外矩阵 (ECM) 相互作用对BWM对剪切负荷的机械反应的影响.
主要方法:
- 为BWM的双相代表体积元件 (RVE) 制定一个3D微机械FEM.
- 对轴突和ECM进行非线性Ogden超弹性材料模型的实施.
- 分析简单切削和纯切削负荷配置,计算应力和变形的根平均平方偏差 (RMSD).
主要成果:
- 阿克森-ECM相互作用显著影响垂直于剪切平面的正常应力.
- 对轴突的简单剪切负荷表现出明显的Poynting行为,特别是在较低的应变极限.
- 纯切削负荷在较高的应变百分比下表现出最高的Poynting行为,观察到轻微的应变硬化和曲应力.
结论:
- 这项研究突出了大脑组织的复杂,非线性机械反应,特别是波因廷效应.
- 轴向和负载条件是调节大脑白质中的Poynting行为的关键因素.
- 开发的FEM为了解在机械负荷下大脑组织的微机械行为提供了有价值的工具.
