基于Abaqus亚模型有限元素方法的腰椎皮层骨的多尺度动态分析
Chunlei Ju1, Kai Yang1, Qingwei Yang2
1The Neurosurgery Department of Shanxi Provincial People's Hospital, Shanxi Medical University, Taiyuan, 030012, China.
Scientific reports
|February 26, 2025
概括
这项研究揭示了振动如何影响腰椎脊柱生物力学. 微观的骨结构 (骨) 在动态负荷下比静态条件下承受更高的压力和应变,特别是在L3脊椎.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 振动分析 振动分析
- 骨生理学 骨生理学
背景情况:
- 在振动环境中,宏观负荷对骨微观结构的影响尚不清楚.
- 了解腰椎对动态负荷的反应对于预测骨健康至关重要.
研究的目的:
- 在动态负荷和振动下研究腰椎的宏观和微观生物力学特性.
- 分析腰椎系统内骨的动态特征.
主要方法:
- 开发了腰椎的宏观和微观模型.
- 采用了基于St. Venant原则的子模型特定边界移位方法.
- 对整个腰椎进行了暂时动态分析,并在显微尺度上模拟了骨的行为.
主要成果:
- 宏观分析显示了显著的动态位移幅度变化,L3脊椎呈现出最高的增加 (314.80%).
- 微观骨应力和应变值在动态侧面负荷下高于静态负荷下.
- 在微观骨中,最大的应力发生在水泥线上,最小的应力发生在最内层的骨板上.
结论:
- 在振动环境中的动态负载在宏观和微观层面上显著改变腰椎脊柱的生物力学.
- 微观的骨单元 (骨) 在循环动态负载下表现出明显的应力应变反应和变化.
- 这些发现提供了关于腰椎在振动下的行为的新见解,为未来的研究和临床应用提供了信息.
