具有双特征时间参数的生物软组织黏弹性性质的理论研究

作     者：满喜 郑松玲 MAN Xi;ZHENG Songling

作者机构：内蒙古师范大学体育学院运动生物力学实验室呼和浩特010022 

出 版 物：《医用生物力学》 (Journal of Medical Biomechanics)

年 卷 期：2022年第37卷第5期

页      面：902-910页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 

基　　金：内蒙古自治区自然科学基金项目(2021MS03018) 内蒙古师范大学高层次人才科研启动经费项目(2019YJRC060)。 

主　　题：本构模型 松弛 蠕变 黏弹性 生物软组织 

摘      要：目的探索描述生物软组织黏弹性特性的普遍行为或规律。方法根据生物软组织的力学结构,构建由两个线性弹簧和两个黏壶的不同组合构成的四元件黏弹性结构模型;并通过弹性理论,结合不同黏弹性模型的几何构型推导其运动微分方程,利用其微分方程分析不同四元件模型的应力松弛和蠕变行为以及反映弹性和黏性相结合的应力松弛时间和蠕变推迟时间。结果所有可能的四元件黏弹性模型都具有普遍的本构关系、应力松弛和蠕变函数形式。通过比较模型预测结果与主动脉瓣、韧带和脑动脉等生物软组织的实验数据发现,四元件黏弹性模型能够很好地描述生物软组织的力学行为。“快和“慢两个特征时间τ_(1)和τ_(2)对生物软组织的应力松弛具有显著的影响。“快松弛时间τ_(1)对应力达到稳定态所需时间有明显的影响,而“慢松弛时间τ_(2)对松弛率的影响不显著,但对应力松弛的稳定态有明显的影响。结论生物软组织的时间依赖性行为可以通过两个特征时间尺度来表征,即“快和“慢时间;且具有两个特征时间的生物软组织的应力⁃应变关系、应力松弛和蠕变函数具有相同的数学形式,这与所选择的弹簧和黏壶的配置和排列无关,但为保证模型力学参数的合理性,针对不同的生物软组织应选取适合的模型。