2010年椎间盘纤维环超弹性本构模型的数值验证及其应用

本文档主要探讨的是"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"，发表于2010年8月的《西北工业大学学报》第28卷第4期。椎间盘纤维环在人体生物力学分析中起着关键作用，其本构模型的精确性直接关系到分析结果的可靠性。作者针对这一问题，提出了一种新的模型，该模型考虑了基质与纤维剪切的相互作用，旨在提供一个更符合人体椎间盘纤维环实际特性的超弹性材料本构描述。 模型的构建基于前期研究，特别关注了纤维环的各向异性特性，这在实际应用中能够更好地反映纤维在不同方向上的力学响应。为了验证模型的有效性，研究者利用先进的影像诊断技术——CT扫描获取了人体腰椎L3-L4节段的三维模型，并在此基础上构建了包含椎体、椎间盘和各种韧带的有限元分析模型。在这个模型中，椎间盘纤维环部分采用了作者提出的超弹性各向异性纤维环材料本构模型。 作者使用商业有限元软件ABAQUS/Standard进行了模拟分析，模拟条件与实体标本实验保持一致，目的是为了获得与实验数据可比的结果，从而验证所提出的本构模型的正确性和实用性。经过对比分析，模拟结果与实体标本实验结果显示出了良好的一致性，证明了该模型在生物力学分析中的有效性和精确度。 论文强调了有限元法在脊椎生物力学研究中的重要性，特别是在材料本构模型的选择上。纤维环的压缩性和剪切行为是建立精确模型的关键难点，作者的研究对于改进此类模型具有重要意义。通过这项工作，研究人员不仅提供了新的本构模型，还为后续的人体椎间盘纤维环生物力学分析提供了有力的工具和参考。 关键词：腰椎，椎间盘纤维环，本构方程，数值验证。这篇论文的发表，不仅填补了在椎间盘纤维环材料本构模型研究领域的空白，也为相关领域的工程技术人员提供了宝贵的数据支持和理论依据。