动态应变率下脑组织的拉伸力学表征
软凝聚态物质
2020-09-03 v1
摘要
高加载速度下脑组织的力学表征对于创伤性脑损伤（TBI）建模至关重要。在严重冲击条件下，脑组织经历压缩、拉伸和剪切。关于动态应变率下脑组织拉伸的实验数据十分有限。本研究开发了一种高速率拉伸装置（HRTD），以获取应变率<90/s时脑组织的拉伸动态特性。进行了体外拉伸试验，以在30、60和90/s应变率下直至30%应变获取脑组织特性。脑组织随应变率增大表现出更刚硬的响应，表明超弹性模型并不适用。具体而言，在30%应变下，应变率为30、60和90/s时的拉伸工程应力分别为3.1±0.49 kPa、4.3±0.86 kPa、6.5±0.76 kPa（均值±标准差）。还进行了不同应变幅值（10–60%应变）、平均上升时间24 ms的拉伸力松弛试验，并用于推导时间相关参数。采用单项Ogden、Fung和Gent模型从实验数据获取材料参数。使用单项Ogden模型进行数值模拟，以分析脑组织直至30%应变的超弹性行为。本研究获得的材料参数将有助于开发仿生人体脑有限元模型，该模型随后可用于预测冲击条件下的脑损伤，并作为法医调查的重建与仿真工具。
引用
@article{arxiv.2009.00974,
title = {Mechanical characterization of brain tissue in tension at dynamic strain rates},
author = {Badar Rashid and Michel Destrade and Michael D. Gilchrist},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.00974},
year = {2020}
}
备注
arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1302.4535