流体剪切应力分布的数值模拟 在轨道骨骨的微裂中
Yan Gao1, Sen Zhao2, Ailing Yang2
1Capital University of Physical Education and Sports, Institute of Artificial Intelligence in Sports, Beijing 100191, China.
Applied bionics and biomechanics
|January 24, 2025
概括
骨微裂中的流体剪切应力 (FSS) 受压力和状骨形状的影响. 更窄的间隙减少了峰值FSS,为体外设备设计提供了洞察力.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 生物材料科学 生物材料科学
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 骨微裂可以在机械负荷下形成.
- 了解骨内的流体动力学对于组织工程和了解骨健康至关重要.
研究的目的:
- 为了分析液体剪切应力 (FSS) 在骨微裂中的分布.
- 调查几何参数和压力梯度对FSS的影响.
- 为设计具有受控FSS梯度的体外器件提供理论基础.
主要方法:
- 利用牛顿的代方法来模拟稳定状态的流体流动.
- 研究了不同进出口压力的影响,椎间隙尺寸 (宽度,高度) 和微裂尺寸 (深度,宽度).
- 在微裂中分析了FSS梯度.
主要成果:
- 在FSS的压力差和椎间隙高度之间发现了正相关性 (R2值为0.9768和0.96542).
- 一个100微米的脊椎间隙宽度,与更宽的间隙 (800和400微米) 相比,减少了28.57%的峰值FSS.
- 微裂内的FSS梯度在0.10.4Pa/mm之间.
结论:
- 压力差异和椎间隙高度在骨微裂中显著影响FSS.
- 脊椎间隙宽度是调节峰值FSS的一个关键因素.
- 这些发现支持在实验室中开发模仿骨内部液体环境的装置.


