第一章 緒論 1
1.1 骨組織的多層次結(jié)構(gòu)與功能 2
1.2 骨內(nèi)液體流動 5
1.2.1 骨重建過程 5
1.2.2 骨的孔隙率 7
1.2.3 骨內(nèi)滲透率 9
1.2.4 骨內(nèi)孔隙壓力 12
1.2.5 骨內(nèi)液體流動的理論和數(shù)值模擬 14
1.3 骨的多孔彈性理論 16
1.3.1 控制方程 16
1.3.2 各向同性 17
1.3.3 橫觀各向同性 17
第二章 宏觀尺度骨結(jié)構(gòu)模型 20
2.1 引言 20
2.2 宏觀理論模型的建立 21
2.2.1 控制方程及幾何結(jié)構(gòu) 21
2.2.2 模型解析解 22
2.3 宏觀有限元模型的建立 30
2.4 宏觀有限元計算結(jié)果與解析解對比 32
2.5 考慮骨髓腔壓力的骨組織內(nèi)部液體的流動行為研究 33
2.5.1 髓內(nèi)壓影響下的孔隙壓力和流速 36
2.5.2 時程曲線 37
2.6 載荷強度對骨組織內(nèi)多孔彈性力學(xué)行為影響 38
2.7 載荷頻率對骨組織內(nèi)多孔彈性力學(xué)行為影響 40
2.8 滲透率對骨組織內(nèi)多孔彈性力學(xué)行為影響 42
2.9 討論與結(jié)論 43
第三章 宏細觀尺度模型 45
3.1 引言 45
3.2 基于多尺度結(jié)構(gòu)的宏細觀模型的建立 46
3.3 宏細觀模型的邊界條件和材料參數(shù) 47
3.4 有限元網(wǎng)格劃分和收斂性分析 49
3.5 結(jié)果 50
3.5.1 宏細觀模型的液體壓力和流速的時程曲線 50
3.5.2 宏細觀模型應(yīng)力、應(yīng)變、壓力和流速的分布 52
3.5.3 滲透率對孔隙壓力和流速的影響 53
3.5.4 宏觀血管孔隙液體壓力對宏細觀骨陷窩-小管孔隙壓力和流速的影響 53
3.5.5 載荷強度對孔隙壓力和流速的影響 54
3.5.6 載荷頻率對孔隙壓力和流速的影響 54
3.5.7 宏細觀骨單元層次的壓力和流速 55
3.6 討論與結(jié)論 56
第四章 細觀尺度模型 59
4.1 引言 59
4.2 基于多尺度結(jié)構(gòu)的細觀骨單元有限元模型 61
4.3 骨板層彈性模量的不同對其多孔彈性行為的影響 62
4.4 骨板層滲透率的不同對其多孔彈性行為的影響 65
4.5 包含細觀模型的宏細觀模型截面 67
4.6 骨單元幾何形態(tài)對其多孔彈性行為影響的有限元研究 68
4.6.1 骨單元幾何形狀和橫截面曲率對其壓力和流速的影響 68
4.6.2 骨單元橫截面積對其壓力和流速的影響 72
4.6.3 骨單元壁厚對其壓力和流速的影響 74
4.7 討論與結(jié)論 76
第五章 細微觀尺度模型 81
5.1 引言 81
5.2 基于多尺度結(jié)構(gòu)骨陷窩和骨小管的多孔彈性有限元模型 83
5.2.1 細微觀模型的材料參數(shù) 84
5.2.2 細微觀模型的邊界條件和網(wǎng)格劃分 87
5.3 滲透率對宏細觀模型壓力和流速的影響 88
5.4 宏細觀模型與細微觀模型的對比驗證 89
5.5 細微觀模型孔隙壓力、流速和流體切應(yīng)力 90
5.6 滲透率對細微觀模型沿骨組織半徑方向的影響 91
5.6.1 滲透率對骨組織半徑方向壓力的影響 91
5.6.2 滲透率對沿骨組織半徑方向流速的影響 91
5.6.3 滲透率對沿骨組織半徑方向切應(yīng)力的影響 91
5.7 骨陷窩-骨細胞形狀和方向?qū)菃卧獌?nèi)液體流動行為的影響 95
5.7.1 基于骨單元微觀結(jié)構(gòu)計算其滲透率 95
5.7.2 基于骨陷窩形狀計算其滲透率 97
5.7.3 基于骨陷窩方向計算其滲透率 100
5.8 骨單元控制方程及有限元模型的建立 101
5.8.1 控制方程 101
5.8.2 有限元模型的建立 101
5.9 骨陷窩形狀和方向?qū)ζ湟后w流動的影響 103
5.9.1 骨陷窩形狀的影響 103
5.9.2 骨陷窩方向的影響 105
5.10 討論與結(jié)論 106
第六章 總結(jié)與展望 111
6.1 工作總結(jié) 111
6.2 主要貢獻及創(chuàng)新點 114
6.3 未來工作展望 116
參考文獻118
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