一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法技术

本发明专利技术是一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法，属于生物组织建模领域。生物软组织具有可压缩性、各向异性、超弹性等特性，在采用超弹性模型模拟动脉组织的可压缩性和各向异性时，为了简化计算过程，动脉组织的纤维和基质的相互作用通常被忽略。为了解决这个问题，本发明专利技术提出一种新的超弹性模型，考虑了动脉纤维和基质的相互作用，并结合有限元软件Abaqus获得了模拟结果，模拟结果与实验数据进行对比表明本发明专利技术具有良好的实验数据适应性。本发明专利技术提出超弹性模型具有普适性，对生物软组织的建模与仿真具有深远影响。

A hyperelastic model of fiber matrix interaction

【技术实现步骤摘要】
一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法
：本专利技术是一种用于模拟动脉组织的生物力学特性，属于生物组织建模领域。
技术介绍
：动脉组织是一种特殊的生物组织，被认为是有两族纤维增强的复合材料，动脉组织的建模与仿真广泛应用于组织工程、生物工程、康复医疗、模拟药物运输等，特别是对动脉粥样硬化病理的研究有重要影响。在采用超弹性模型模拟动脉组织的可压缩性和各向异性时，为了简化计算过程，动脉组织的纤维和基质的相互作用通常被忽略，由此可见，模拟的结果必然与真实的生物力学特性存在差异，为了解决这个问题和更加精确的地模拟动脉组织的生物力学特性，纤维和基质的交互作用是应该被考虑并得到足够的重视。由于生物组织复杂的微观结构，生物组织的力学特性的模拟仍然是一项巨大的挑战。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提出一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法，基于对动脉组织的研究，动脉组织内的纤维和基质并不是独立存在的，他们之间存在相互作用，本专利技术考虑了纤维增强材料纤维和基质的相互作用，更加精确的地模拟动脉组织的生物力学特性，本专利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法，其特征在于,所述的一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法用于模拟动脉组织的生物力学特性，动脉组织的生物力学特性有：可压缩性，各向异性，超弹性，所述的一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型考虑了纤维和基质之间的相互作用，建立方法包括以下步骤：/n步骤1：构建应变能方程；/n步骤2：计算柯西应力、材料雅可比矩阵；/n步骤3：创建用户材料子程序(UMAT)；/n步骤4：确定模型参数；/n步骤5：有限元应用。/n

【技术特征摘要】
1.一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法，其特征在于,所述的一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法用于模拟动脉组织的生物力学特性，动脉组织的生物力学特性有：可压缩性，各向异性，超弹性，所述的一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型考虑了纤维和基质之间的相互作用，建立方法包括以下步骤：
步骤1：构建应变能方程；
步骤2：计算柯西应力、材料雅可比矩阵；
步骤3：创建用户材料子程序(UMAT)；
步骤4：确定模型参数；
步骤5：有限元应用。


2.根据权利要求1所述的一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法，其特征在于，步骤1：构建应变能方程，具体方式如下：
设动脉组织在单轴拉伸条件下，x,y,z三轴的拉伸比分别为λ1,λ2,λ3，则变形梯度F为：



右柯西格林应变张量为C＝FTF，左柯西格林应变张量为B＝FFT，所述的一种包含纤维和基质相互作用的超弹性模型的建立方法构建的应变能方程如下所示：



其中，J为体积比，κ为体积模量，c1为剪切模量，c2,c3,c4为材料参数，决定了模型的各向异性，k是无量纲参数决定应力硬化的强度，I1,I4,I5,I6,I7为应变不变量，且：
I1＝tr(C),J＝det(F),I4＝M·CM,I5＝M·C2M,I6＝M'·CM',I7＝M'·C2M'(3)
其中，M,M'分别表示两簇纤维的最优方向，M,M'分布在x，y平面，与x轴的夹角分别为θ，-θ，则M,M'分别表示为，M＝(cosθ,sinθ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王沫楠，刘峰杰，马玉政，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23