【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及骨科生物力学，尤其是用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法。
技术介绍
1、长骨作为一种非均质且各向异性的复合材料，其材料属性在不同部位表现出显著差异，尤其是沿着轴向和周向的梯度变化。这种各向异性主要体现在加载轴和骨单位方位对试样的生物力学响应上，这包括轴向、切向和横向的不同反应。通过从长骨的多个部位和方向获取试样，可以更准确地表征下肢长骨的力学性能，这对于提供更精确的骨骼材料参数至关重要。这些精确的参数是构建有限元模型的关键，而这样的模型是未来数字化发展的基石。准确的数字模型对于深入研究下肢损伤机理以及为骨质疾病的研究和治疗策略的制定至关重要。
2、骨骼试样制备的难度较大，在现有的长骨生物力学测试技术中，通常采用整骨或部分骨段等非标准化试样进行测试，这不可避免地受到几何形状和结构等因素的影响。长骨的微观结构和组成在不同位置和方向上可能存在差异，导致其力学性能的非均匀分布。同时，长骨在不同方向上的刚度、强度和韧性也可能有所不同，表现出明显的各向异性。现有技术在长骨的力学性能表征方面较为单一，通常无法清晰地区分长骨在不同方向、不同部位的材料特性。因此，需要从长骨的多个部位和方向获取试样，以全面表征其力学特性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，可以提供更详细的力学特性信息，反应长骨不同部位、不同方向上的力学行为差异，更全面地揭示长骨在位置和不同方向上的材料特性。
2、本专利技术
3、本专利技术的实现原理与有益效果：通过在长骨骨干上确定并标记中间骨环的位置，实现了对骨骼中心位置的精确定位。根据长骨骨干的长度，确定并标记其他骨环的位置，并沿着标记线切割骨环，即允许在特定的轴向位置获取试样，可以反应长骨在不同部位上的力学行为差异。在每个骨环上标记象限，并划分出横向和纵向试样区，使得可以对骨骼在不同方向（前、后、内、外）的力学性质进行研究。通过在划分的试样区切割并制备试样块，并对试样块进行粗加工与精加工，可以得到具有特定方向（轴向、周向与横向）的试样，同时保证了试样的质量和精度。
4、进一步，所述定位标记步骤包括长骨骨干的中点位置标记环线，所述环线垂直于骨干轴线；还包括从确定的中点位置沿骨干轴线分别向近心端和远心端偏置特定距离建立中间骨环。
5、进一步，所述骨环切割步骤包括从中间位置向近心端、远心端分别依次偏置特定距离确定各个骨环的中间环线；还包括从各个骨环的中心环线沿骨干轴线分别向近心端和远心端偏置一定距离，确定各个骨环的标记环线；所述特定距离根据骨干长度，按照特定的百分比间距确定。
6、进一步，所述的偏置特定距离为12.5mm。
7、本方案的有益效果：在长骨骨干的中点位置垂直于骨干轴线进行标记，可以精确确定骨骼中心位置，从而实现对骨骼中心位置的精确定位；从中点沿骨干轴线向近心端和远心端各偏移12.5mm以建立中间骨环，并沿此中间骨环的位置按照特定百分比确定其余骨环的位置，并标记出切割线，可以获取不同位置的试样，以全面考虑长骨的非均匀性。
8、进一步，所述象限块切割步骤包括根据横向试样区与纵向试样区的划分，确定象限切割线，根据象限切割线将骨环切割成四个分开的象限块。
9、进一步，所述象限块切割步骤还包括将每一个象限块切割成横向试样块和纵向试样块；并在试样块的每个面上进行标记；所述标记包括相邻象限的标记（a/p/l/m）、近心端和远心端的标记、外圆面和内圆面的标记，以及用于区分试样的横向和纵向属性的标记。
10、本方案的有益效果：通过在长骨每个象限内部标记横向和纵向试样区，并沿这些区域的边界线精确切割制备试样块，实现了对长骨不同位置和方向的采样。通过对每个试样块的详细标记，可以确保在后续的测试和分析过程中准确识别每个试样的具体来源和方向属性，提高试样制备的精确性和一致性。
11、进一步，所述试样加工步骤中的粗加工包括在水冷条件下使用金相打磨机和p1000粗糙度的碳化硅砂纸对试样块进行加工，得到横向粗制试样和纵向粗制试样。
12、进一步，所述试样加工步骤中的精加工包括铣床加工；还包括使用p1500粗糙度的碳化硅砂纸对铣床加工后的试样块进行棱边打磨；所述铣床加工后的试样块包括对横向粗制试样进行精铣之后得到的周向试样和横向试样，以及对纵向粗制试样进行精铣之后得到的纵向试样。
13、本方案的有益效果：在粗加工阶段，使用金相打磨机和p1000粗糙度的碳化硅砂纸，结合水冷条件下的操作，能够有效地形成试样的基本形状和平滑表面，同时减少加工过程中可能产生的热损伤。随后的精加工阶段，采用更细的p1500粗糙度碳化硅砂纸对所有试样块的棱边打磨，进一步去除毛刺，确保试样表面的平滑度和一致性。
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1.用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，包括：定位标记步骤、骨环切割步骤、象限标记与划分步骤、象限块切割步骤、试样加工步骤；所述定位标记步骤用于在长骨骨干上确定中间骨环的位置并标记；所述骨环切割步骤根据长骨骨干的长度，沿标记环线切割骨环；所述象限标记与划分步骤用于在骨环外圆面上标记象限线，并在每个象限划分横向试样区和纵向试样区；所述象限块切割步骤用于切割象限；所述试样加工步骤包括对试样块的粗加工与精加工。
2.根据权利要求1所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述定位标记步骤包括在长骨骨干的中点位置标记环线，所述环线垂直于骨干轴线；还包括从确定的中点位置沿骨干轴线分别向近心端和远心端偏置特定距离建立中间骨环。
3.根据权利要求2所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述骨环切割步骤包括从中间位置向近心端、远心端分别依次偏置特定距离确定各个骨环的中间环线；还包括从各个骨环的中心环线沿骨干轴线分别向近心端和远心端偏置一定距离，确定各个骨环的标记环线；所述特定距离根据骨
4.根据权利要求2或3所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述的偏置特定距离为12.5mm。
5.根据权利要求3所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述象限块切割步骤包括根据横向试样区与纵向试样区的划分，确定象限切割线，根据象限切割线将骨环切割成四个分开的象限块。
6.根据权利要求5所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述象限块切割步骤还包括将每一个象限块切割成横向试样块和纵向试样块；并在试样块的每个面上进行标记；所述标记包括相邻象限的标记、近心端和远心端的标记、外圆面和内圆面的标记，以及用于区分试样的横向和纵向属性的标记。
7.根据权利要求1所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述试样加工步骤中的粗加工包括在水冷条件下使用金相打磨机和P1000粗糙度的碳化硅砂纸对试样块进行加工，得到横向粗制试样和纵向粗制试样。
8.根据权利要求7所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述试样加工步骤中的精加工包括铣床加工；还包括使用P1500粗糙度的碳化硅砂纸对铣床加工后的试样块进行棱边打磨；所述铣床加工后的试样块包括对横向粗制试样进行精铣之后得到的周向试样和横向试样，以及对纵向粗制试样进行精铣之后得到的纵向试样。
...【技术特征摘要】
1.用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，包括：定位标记步骤、骨环切割步骤、象限标记与划分步骤、象限块切割步骤、试样加工步骤；所述定位标记步骤用于在长骨骨干上确定中间骨环的位置并标记；所述骨环切割步骤根据长骨骨干的长度，沿标记环线切割骨环；所述象限标记与划分步骤用于在骨环外圆面上标记象限线，并在每个象限划分横向试样区和纵向试样区；所述象限块切割步骤用于切割象限；所述试样加工步骤包括对试样块的粗加工与精加工。
2.根据权利要求1所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述定位标记步骤包括在长骨骨干的中点位置标记环线，所述环线垂直于骨干轴线；还包括从确定的中点位置沿骨干轴线分别向近心端和远心端偏置特定距离建立中间骨环。
3.根据权利要求2所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述骨环切割步骤包括从中间位置向近心端、远心端分别依次偏置特定距离确定各个骨环的中间环线；还包括从各个骨环的中心环线沿骨干轴线分别向近心端和远心端偏置一定距离，确定各个骨环的标记环线；所述特定距离根据骨干长度，按照特定的百分比间距确定。
4.根据权利要求2或3所述的用于长骨非均匀和各向异性材料参数测试的试样制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘煜，范体强，万鑫铭，张冠军，邬晓凡，王国杰，张辉达，刘明，程阔，杨喜，
申请(专利权)人：中国汽车工程研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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