《骨材料的多尺度損傷力學理論模型研究》是依託天津大學，由曲傳詠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：骨材料的多尺度損傷力學理論模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曲傳詠
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為人體重要的器官的骨組織是一種結構極為複雜的生物複合材料，其損傷力學行為研究本身具有相當大的難度，而骨組織的損傷演化對人體健康也具有重大意義。本項目針對目前骨損傷理論模型簡單無法反映骨各向異性多尺度損傷的問題，引入微裂紋擴展區細觀損傷力學理論，基於多尺度的實驗觀察，在骨單元和骨內線裂紋兩個尺度分別建立各自的損傷本構和演化方程；利用數字散斑相關方法對骨的兩尺度損傷力學行為進行觀測，通過實驗識別不同尺度的損傷模型參數；選取合適的損傷變數，將兩個尺度的損傷本構耦合組成跨尺度的骨損傷力學本構模型；最後基於新建立的損傷力學模型，考慮骨的重建修復作用，模擬一些典型的與骨損傷有關的臨床案例，驗證模型的有效性和可靠性。本項目從具體的骨材料結構特點出發，結合現代實驗技術手段驗證與補充的研究方法，可以推動細觀損傷力學理論與方法在骨的損傷領域得到更好地套用，使對骨損傷的定量理論描述更加精確。
結題摘要
作為人體重要的器官的骨組織是一種結構極為複雜的生物複合材料，其損傷力學行為研究本身具有相當大的難度，而骨組織的損傷演化對人體健康也具有重大意義。骨的損傷具有多尺度、各項異性及不同載荷導致的損傷模式不同等極為複雜的特性，其損傷力學行為極為複雜。如何用理論定量描述、數值模擬、實驗監測和評價骨的損傷就成為一個迫切的問題。本項目針對目前骨損傷理論模型簡單無法反映骨各向異性多尺度損傷的問題，引入微裂紋擴展區細觀損傷力學理論，基於多尺度的實驗觀察，在骨單元和骨內線裂紋兩個尺度分別建立各自的損傷本構和演化方程；利用數字散斑相關方法對骨的兩尺度損傷力學行為進行觀測，通過實驗識別不同尺度的損傷模型參數；選取合適的損傷變數，將兩個尺度的損傷本構耦合組成跨尺度的骨損傷力學本構模型；最後基於新建立的損傷力學模型，考慮骨的重建修復作用，模擬一些典型的與骨損傷有關的臨床案例，驗證模型的有效性和可靠性。本項目發展了一種更為精確的、能反映骨多級結構的多尺度損傷理論模型，根據骨的結構特點，將該問題解耦成骨單元和線裂紋兩個尺度的損傷問題，通過數字散斑實驗一方面觀測骨的多尺度損傷演化過程，另一方面對損傷進行識別，確定模型參數，最後基於新得到的模型，結合多場耦合下的骨重建修復模型，更好地對骨的損傷力學行為進行模擬和預測。從技術層面看，最新的細觀損傷力學方法、數字散斑相關方法在岩石損傷中的套用以及與之對應的實驗識別方法等的不斷發展和成熟為本項目的順利實施提供了良好保證。而從具體的骨材料結構特點出發，結合現代實驗技術手段驗證與補充的研究方法，也可以推動細觀損傷力學理論與方法在骨的損傷領域得到更好地套用。本項目從具體的骨材料結構特點出發，結合現代實驗技術手段驗證與補充的研究方法，可以推動細觀損傷力學理論與方法在骨的損傷領域得到更好地套用，使對骨損傷的定量理論描述更加精確。
