【技术实现步骤摘要】
组织液
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纤维环流固耦合的椎间盘软组织损伤演变预测方法
[0001]本专利技术属于骨科生物力学领域，涉及考虑椎间盘组织液机械作用的基础上的组织液
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纤维环流固耦合的椎间盘软组织损伤演变预测方法。
技术介绍
[0002]椎间盘由中央髓核、纤维环和上下软骨终板组成，可以吸收缓冲腰椎活动时的机械荷载。其中纤维环绕髓核连接上下软骨终板，主要由蛋白聚糖和多层的定向胶原纤维网格构成，为椎间盘提供支撑并实现高拉伸强度，是椎间盘的主要承重部件。
[0003]随着年龄的增长，椎间盘内部会发生微结构和化学成份的变化，这些变化会影响其承受日常载荷的能力。椎间盘发生损伤退变是引起下腰痛的主要原因，由于体外尸体试验并不能完全反映椎间盘在人体内的机械环境，有限元被用于研究人体腰椎间盘损伤的一种新方法，通过数值计算得到椎间盘应力、应变和孔隙压力的分布，并与体外试验互相验证。然而现有的椎间盘损伤模型都存在一定局限性：
[0004]首先是模型忽略了组织液的流入流出，因此难以捕捉到椎间盘的蠕变行为；
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种组织液
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纤维环流固耦合的椎间盘软组织损伤演变预测方法，其特征在于，结合多孔模型和超弹性各向异性损伤模型对椎间盘的力学响应进行数值模拟，实际模拟计算过程通过ABAQUS有限元软件实现，该方法包括以下步骤：1)在每一计算步开始时，根据渗流
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应力耦合分析方法，计算液相压力p以及液相流动带来的单元体积比J；将有限元积分点处的变形梯度F解耦为体积变化部分F
vol
和等容变化部分用解耦后的变形梯度分别计算固相体积部分应变能密度Ψ
vol
和各向同性等容应变能密度Ψ
iso
；2)用子程序UEXTERNALDB导入外部纤维数据，储存在纤维方向数组中，在单元计算时，与纤维方向数组中的单元编号进行匹配，读取当前单元的两族胶原纤维方向并计算未损伤的各向异性应变能密度函数3)根据当前未损伤的各向异性应变能密度函数对损伤准则进行判断，计算纤维环中的各向异性损伤系数D
i
，并基于考虑损伤的固相应变能密度函数，在空间参考下计算考虑损伤的固相柯西应力σ
e
以及刚度张量4)根据应力和刚度张量公式编写UMAT子程序来表征纤维环的材料损伤行为，对特定工况下某一时间点的椎间盘损伤位置和损伤值进行预测。2.根据权利要求1所述组织液
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纤维环流固耦合的椎间盘软组织损伤演变预测方法，其特征在于，所述步骤1)中渗流
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应力耦合分析的计算利用ABAQUS有限元软件中的Soil分析步，将总柯西应力σ看成是固相有效应力σ
e
和液相压力pI之和，其中I为二阶单位张量，并根据Darcy定理由孔隙压力梯度计算组织液的等效净流速场v，从而得到每点处液体流出导致的单元体积变化：σ＝σ
e
+pI其中，μ
f
为动力粘度系数；v是等效净流速场，表示液体相对固相的流动速度，k为应变依赖的渗透率系数，由初始孔隙比e0和初始渗透率k0确定：其中M为修正参数，根据试验数据拟合确定，e是现时孔隙比，与体积比的关系为：J＝(1+e)/(1+e0)。3.根据权利要求1所述组织液
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纤维环流固耦合的椎间盘软组织损伤演变预测方法，其特征在于，所述步骤1)中，高斯积分点处的变形梯度解耦公式为其中F
vol
＝J
1/3
I，应变能密度的各向同性部分采用Neo
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Hooken本构模型：其中，D1和C
10
是材料参数；是等容部分右柯西
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格林变形张量的第一不变量；J是体积比，表示现时体元大小与初始体元大小之比，同时也是变形梯度F的行列式值。4.根据权利要求1所述组织液
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纤维环流固耦合的椎间盘软组织损伤演变预测方法，其特征在于，所述步骤2)中，未损伤纤维环的各向异性应变能密度函数采用Gasser
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Holzapfel
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Ogend模型进行描述，两族胶原纤维的初始方向分别由两个纤维方向向量m0和n0表...
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