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数字图像相关法(DIC)在骨骼材料变形测量的应用

骨修复材料技术不断取得新突破,具有从天然到人工、从单一到复合、从简单到复杂的特点,在临床应用疗效上,人工骨修复材料有望逐步取代自体骨,成为骨移植的新选择。

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骨科材料植入物的力学性能至关重要,对其发挥应有的作用非常关键。在骨科领域,由于严重创伤、骨肿瘤、骨髓炎等原因所致的骨缺损十分常见,人工骨替代材料可用于移植、修复骨缺损,其材料力学性能成为研究的重点。

数字图像相关法(DIC)骨骼新材料力学性能测试.png

骨骼组织主要组成为矿物质,为各向异性、非均匀材料,其机械性能较为复杂。对于骨骼材料力学性能测量,应变片和位移计获取的测量数据有限,且都是单一方向的数据,无法真正记录骨骼材料负载条件下真实的力学性能。

新拓三维自主研发的XTDIC三维全场应变测量系统,基于数字图像相关技术(DIC),能提供三维全域数据,可精准测试骨骼材料在运动负荷状态下的变形、抗冲击能力及最大承受力。

数字图像相关法(DIC)骨骼新材料力学性能测试.png

骨骼材料力学测试-3D应变场.png

骨骼材料力学测试-3D位移场.png

骨骼材料力学性能测试

当外力施加于骨胳时,骨胳结构将产生应力和应变,并有复杂的行为特性变化,采用形态近似规则的样本来确定骨骼材料力学性能,可更好地掌握骨骼生物材料或非生物材料的力学性能。

通过具代表性的压缩测试手段,采用新拓三维XTDIC三维光学应变测量系统,测试类似骨头材料在受压过程中的变形行为,获取骨材料的力学性能,用于材料性能的有限元模拟,为骨骼材料的研究提供更加丰富的数据。

骨骼材料变形、姿态、疲劳等测试

骨科植入物的弹性模量、泊松比等材料力学性能,以及材料的疲劳、寿命等性能参数,对于骨骼材料的开发至关重要。骨骼材料在负荷下的工作姿态,在人体工作的适应性,直接关系到骨骼损伤康复的时间和效果。

XTDIC三维全场应变测量系统在该领域的应用越来越多,比如骨骼材料拉伸、压缩、扭剪应力,骨骼材料疲劳寿命测试,骨骼运动模拟写实,骨骼受力运动姿态、人造关节的运动模拟测试等。

骨骼材料力学性能有限元验证

有限元仿真分析,可反应骨骼模型的应力/应变变化情况,对结构、形状、载荷和材料力学性能较复杂的结构体进行分析,可持续性反应材料或模型变化后的力学情况,已广泛应用于骨科生物力学的临床应用和学术研究。

XTDIC三维全场应变测量系统可实现全场位移、应变测量,对比分析XTDIC系统实际测试结果与仿真结果两者之间的偏差,可用于有限元结果的验证和优化,助力骨骼材料科研人员将实际测试结果与仿真结果进行精确、全面对比分析。

骨骼材料力学性能参数,是进行人体骨骼生物力学行为特性研究的必要条件之一,也是研发先进人工骨材料的重要基础。XTDIC三维全场应变测量系统的非接触性、测量数据的准确性和全面性、力学行为全过程记录等特点,为骨骼新材料的研究提供了崭新的解决方案。

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