动态应变率下脑组织的简单剪切力学表征
软凝聚态物质
2020-09-04 v1
摘要
在严重撞击条件下，脑组织经历快速而复杂的变形，可视为压缩、拉伸与剪切的混合。此外，当应变与应变率分别超过 10% 与 10/s 时，动物与人类会发生弥漫性轴索损伤（DAI）。因此，了解脑组织在这些应变与应变率下的剪切力学特性尤为重要，因为它们可用于有限元仿真以预测不同撞击条件下脑损伤的发生。在本研究中，搭建了实验装置以在应变率 < 120/s 下对猪脑组织进行简单剪切试验。在最大剪切量 K = 1 时，于 30、60、90 和 120/s 应变率下测得的最大剪应力分别为 1.15 ± 0.25 kPa、1.34 ± 0.19 kPa、2.19 ± 0.225 kPa 和 2.52 ± 0.27 kPa（均值 ± 标准差）。实验、理论（Ogden 与 Mooney-Rivlin 模型）及数值剪应力之间取得了良好一致（p = 0.7866 - 0.9935）。还数值分析了试样厚度效应（2.0 - 10.0 mm 厚试样），我们发现剪应力大小无显著差异（p = 0.9954），表明简单剪切试验期间试样变形均匀。还在不同应变幅值（10% - 60% 应变）下以平均上升时间 14 ms 进行了简单剪切应力松弛试验。这使我们能够估计弹性与黏弹性参数（μ = 4942.0 Pa 及 Prony 参数：g1 = 0.520、g2 = 0.3057、tau1 = 0.0264 s、tau2 = 0.011 s），可用于有限元软件分析脑组织的超黏弹性行为。
引用
@article{arxiv.2009.01383,
title = {Mechanical characterization of brain tissue in simple shear at dynamic strain rates},
author = {Badar Rashid and Michel Destrade and Michael D. Gilchrist},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.01383},
year = {2020}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:1302.4535, arXiv:2009.00974