国人的股骨和胫骨各向异性力学参数和轴向流变特性测试

骨生物力学是生物力学的主要研究方向之一,但目前关于国人股骨和胫骨的力学参数尚很少见。我们测试了中国青年男性的股骨和胫骨三个不同方向-轴向、周向、径向的拉伸和压缩弹性模量。测得三个不同方向的压缩弹性模量:股骨分别为5.8±0.34、3.4±0.17、2.1±0.18 GPa;胫骨分别为6.1±0.36、3.5±0.17、2.1±0.18GPa。拉伸弹性模量:股骨分别为15.6±1.21、9.8±0.73、5.4±0.52 GPa;胫骨分别为16.7±1.09、10.3±0.70、5.6±0.49 GPa。还测试了股骨、胫骨拉伸和压缩时的破坏强度。得到轴向、周向、径向压缩时的破坏强度:股骨分别为150±9.3、111±6.5、110±7.1 M Pa;胫骨分别为191±12.3、140±6.3、123±8.3 M Pa。拉伸时的破坏强度:股骨分别为115±9.6、82±6.8、78±7.3M Pa;胫骨分别为143±8.7、110±8.3、97±6.4M Pa。另外,通过曲线拟合的方法,对股骨和胫骨应力松弛试验的结果进行处理,得出当骨的变形保持不变时,应力与时间满足下面的对数函数关系:F=A*Blogt,其中A为初始荷载,B为拟合材料参数,股骨和胫骨的拟合材料参数B分别为0.985和0.987。