心肌类软组织生物材料动态力学性能测试研究

交通事故、体育事故、反恐、军事爆炸等涉及冲击载荷的事件给人体软组织尤其是心肌造成极大危害，甚至危及生命。为了设计用于抵御冲击载荷的人体防护系统，必须对人体软组织动态力学性能进行测试并确定其本构模型。因此，本项目拟发展一套能够测定心肌类软组织生物材料动态力学性能的微型低阻抗分离式霍普金森压杆（SHPB）实验技术，测试心肌类软组织生物材料在不同应力状态下的动态力学性能，研究其力学性能对应变率以及对应力状态的依赖性并利用超高速摄像机研究其单轴应力状态下的静、动态变形模式，最终确定其粘弹性本构模型。本项目的研究成果将对心肌类软组织生物材料在冲击载荷作用下的模拟评估及人体防护系统设计有重要意义。

本项目发展了一套能够测定心肌类软组织生物材料动态力学性能的低阻抗分离式霍普金森压杆（SHPB）实验技术，测试了心肌类软组织生物材料的动态应力应变曲线，研究其力学性能对应变率的依赖性并利用超高速摄像机研究其单轴应力状态下的静、动态变形模式，最终确定其粘弹性本构模型。本项目的研究成果将对心肌类软组织生物材料在冲击载荷作用下的模拟评估及人体防护系统设计有重要意义。首先，准静态压缩试验在新鲜猪心的左心室进行取样，利用微型电子万能试验机INSTRON5849，在准静态条件下经过20周循环加载-卸载的预调试验后，分别测得了应变率0.005/s和0.05/s时左心室心肌试样在：平行纤维方向、垂直纤维方向以及与纤维方向大致呈45°夹角这3个不同方向上的应力应变曲线。其次，通过有机玻璃杆应力平衡、弥散效应修正等建立了测试心肌动态应力应变曲线的低阻抗SHPB杆，并且测试获得了猪心肌在平行纤维方向和垂直纤维方向的应变率为1100s-1、2250s-1、3600的应力应变曲线，通过应力应变曲线拟合得到心肌材料的本构模型参数。最后，通过高速摄像获取了猪心肌各向异性材料在不同加载率下的变形模式。本项目的研究工作对生物力学肌肉类软物质的动态力学行为的研究具有一定的指导意义，受本项目资助，共发表学术论文5篇，其中SCI收录4篇，EI收录1篇。