矿物晶体与胶原纤维的相互作用对骨中微损伤发展的影响

摘要

骨中微损伤的形成是能量耗散的一种主要机制,并起到韧化骨组织的作用.本文通过引入粘性单元,运用有限元算法,结合随机场理论以及概率损伤分析方法,研究了骨组织中矿物晶体与胶原纤维的相互作用对微损伤扩展方式的影响.当矿物晶体与胶原纤维通过离子键相结合时,它们之间的界面难以分离,因此骨组织中容易形成线性微裂纹.而对于通过范德华力相结合的骨组织,其界面结合不稳定,因此微损伤容易向着扩散损伤的方式发展.当矿物晶体与胶原纤维之间是通过氢键而相互作用时,我们发现在微损伤积累的初始阶段,其发展方式倾向于线性微裂纹,而随着微损伤的逐渐积累,矿物晶体与胶原纤维之间的作用越来约弱,从而整个微损伤的发展转变为了扩展损伤.本研究的结果有助于理解骨组织中不同成分间的相互作用机制对骨后屈服变形中能量耗散过程的影响,从而进一步探索骨质疏松症以及老年性骨折的机理.