滚压载荷下成年和幼年软骨的棘轮行为

背景:国内外学者对关节软骨在不同力学环境及循环压缩载荷下的受力情况做了不少研究,但均集中在循环压缩载荷对软骨的作用,有关软骨年龄因素对软骨力学特性影响的研究和软骨在复杂受力环境下的特性研究不深入。目的:研究不同滚压载荷条件对成年和幼年关节软骨棘轮行为的影响。方法:以成年猪股骨软骨和幼年猪股骨软骨为实验对象,在不同实验条件下(压缩量:10%,20%,30%;滚压速率:1.66,3.44,6.68 mm/s;缺损宽度:1,2,4 mm)采用滚压加载装置施加载荷,同时使用非接触数字相关技术对加载过程中的试样进行图像采集,通过分析处理图像,研究循环滚压载荷作用下成年及幼年关节软骨的棘轮行为。结果与结论:(1)在滚压载荷下,随着滚压循环载荷的进行,成年软骨和幼年软骨的棘轮应变都呈现先快速增加后缓慢增加的趋势;(2)随着压缩量的增加,成年软骨和幼年软骨的棘轮应变都增加;在相同压缩量下,幼年软骨的棘轮应变大于成年软骨,并且他们的棘轮应变沿着软骨深度从表层到深层逐渐降低;(3)随着滚压速率的增加,成年软骨和幼年软骨的棘轮应变减小;(4)1 mm微型缺损关节软骨的棘轮应变数值和趋势与完整无缺损软骨大致相同。在2,4 mm缺损状态下,缺损软骨的棘轮应变值均比同样条件下完整软骨的棘轮应变值要高。