脑组织压缩力学性能和本构模型

作     者：蔡志华 刘春平 常利军 CAI Zhihua;LIU Chunping;CHANG Lijun

作者机构：湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201 

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

年 卷 期：2024年第39卷第1期

页      面：55-61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] 0836[工学-生物工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(11972158) 军委科技委基础加强计划技术领域基金项目(2020-JCJQ-JJ-356) 湖南省研究生科研创新项目(CX20221044) 

主　　题：脑组织 压缩性能 Ogden本构模型 数值仿真 

摘      要：目的 研究脑组织在不同应变率下的压缩力学性能和本构模型。方法 使用电子万能试验机对猪脑组织白质和灰质开展准静态压缩和中速压缩试验,获得脑组织不同应变率下的应力-应变曲线。采用Ogden本构模型对试验曲线进行拟合,确定本构模型参数,并在有限元软件中进行仿真验证。结果 脑组织应力-应变曲线呈现非线性特征,具有较强的应变率相关性和敏感性。压缩至0.6应变时,在5×10^(-4)~5×10^(-2) s^(-1)应变率下,白质和灰质的应力分别增加102%和129%,在1~1.5 s^(-1)应变率下则分别增加50.7%和54.6%;1.5 s^(-1)应变率下白质、灰质应力比5×10^(-4) s^(-1)应变率下分别增加347%、413%。Ogden模型拟合下的R~20.99,仿真结果与试验结果误差在15%以内,验证了模型的有效性。结论 研究结果有助于实现对脑组织变形的预测,为建立更加科学合理的人体模拟靶标以及在设计和改进颅脑防护装备上提供准确的理论依据。