人体椎间盘纤维环各向异性超弹性材料本构模型的数值验证

摘要

在用有限元法进行人体椎间盘生物力学分析时,椎间盘纤维环本构模型的优劣将直接影响分析结果的准确性.因此,提出椎间盘纤维环本构模型并对其准确性进行验证变得十分重要.作者前期提出了一种考虑基质与纤维剪切相互作用,适用于人体椎间盘纤维环的各向异性超弹性纤维加强材料本构模型,文章将利用实体标本实验数据对这一模型进行数值验证.利用影像诊断技术(CT扫描)获得人体腰椎L3-L4节段的三维模型,建立包括椎体、椎间盘和各种韧带的有限元分析模型.其中椎间盘纤维环采用作者前期提出的超弹性各向异性纤维环材料本构模型建立.利用商业有限元软件ABAQUS/Standard进行与实体标本实验条件相同情况下的模拟分析,得出分析结果,与实体标本实验结果对比,验证所提出的各向异性超弹性纤维环本构模型的正确性和有效性.模拟分析结果和实体标本实验结果具有良好的一致性,具有良好的生物力学逼真度.此模型可以用于人体椎间盘纤维环的模型建立与生物力学分析.