关节软骨胶原纤维增强特性

周海宇    李元超    王成焘

摘要： 目的 在COMSOL关节软骨计算中引入胶原纤维增强特性，并分析引入前后模型结果的差异。方法 以软骨中胶原纤维的走向为基础，对胶原纤维的应力单独建模，将胶原纤维的应力写入到原来软骨多孔弹性模型中。为避免应变2次项的出现采用了函数调用方式，同时提高求解器的迭代次数以更好收敛。结果 胶原纤维增强模型表面的Y方向初始位移仅为15 μm, 是非增强模型的17.6%。增强模型的X方向正应变仅为非增强模型的10%，而近表面的X方向正应力超过非增强模型的10倍。结论 在COMSOL关节软骨计算中实现了胶原纤维增强特性的引入，为软骨胶原纤维损伤提供了计算模型和理论分析。胶原纤维通过横向增强约束了竖直方向的应变，提高了软骨承载能力，改善了软骨的力学性能。