[發(fā)明專利]人工前交叉韌帶拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞模擬裝置及其測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010131074.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111257145B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林婧;盧俊;王璐;管曉寧;饒秉鈞;謝曉靜;李姝佳;王富軍;趙金忠;朱同賀;蔣佳;燕曉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué);上海市第六人民醫(yī)院
• 主分類號(hào): G01N3/38
• 分類號(hào): G01N3/38
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

1.一種人工前交叉韌帶拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞模擬裝置，其特征在于：包括計(jì)算機(jī)、織物強(qiáng)力儀、拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置、力學(xué)傳感器和上端夾具；所述拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置通過(guò)織物強(qiáng)力儀與計(jì)算機(jī)連接；所述上端夾具通過(guò)力學(xué)傳感器與織物強(qiáng)力儀連接；所述拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置與上端夾具之間設(shè)有待檢測(cè)的人工前交叉韌帶；所述的拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置包括夾持機(jī)構(gòu)、扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和連接結(jié)構(gòu)；所述夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)連接結(jié)構(gòu)固定連接織物強(qiáng)力儀；所述夾持機(jī)構(gòu)與上端夾具之間設(shè)有待檢測(cè)的人工前交叉韌帶；所述夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)所連接的扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)夾持機(jī)構(gòu)的作用做來(lái)回往復(fù)的原位旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的夾持機(jī)構(gòu)包括夾持副部和夾持主體；所述夾持副部和夾持主體均設(shè)為半圓柱體，夾持主體的一端設(shè)有可夾持待檢測(cè)人工前交叉韌帶一端的夾持副部；夾持主體的另一端設(shè)有固定連接織物強(qiáng)力儀的所述的連接結(jié)構(gòu)；所述的連接結(jié)構(gòu)包括連接套筒和連接基座，所述夾持主體外周套設(shè)有連接套筒，連接套筒遠(yuǎn)離夾持機(jī)構(gòu)的一端設(shè)有連接織物強(qiáng)力儀的連接基座；所述的扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括扭轉(zhuǎn)齒輪、轉(zhuǎn)盤、伺服電機(jī)、連桿、往復(fù)直線齒條和滑槽；所述扭轉(zhuǎn)齒輪中軸線垂直穿設(shè)有所述夾持主體；扭轉(zhuǎn)齒輪與往復(fù)直線齒條嚙合連接；所述往復(fù)直線齒條的齒條背面與所述連桿的一端連接，連接處設(shè)于所述滑槽內(nèi)；所述連桿的另一端通過(guò)所述轉(zhuǎn)盤與伺服電機(jī)連接。

2.如權(quán)利要求1所述的一種人工前交叉韌帶拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞模擬裝置，其特征在于：所述的拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置中轉(zhuǎn)盤、連桿、連接套筒和織物強(qiáng)力儀連接基座的材料用鋁合金；所述往復(fù)直線齒條、扭轉(zhuǎn)齒輪的材料用尼龍；所述夾持副部和夾持主體的材料用不銹鋼。

3.如權(quán)利要求2所述的一種人工前交叉韌帶拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞模擬裝置，其特征在于：所述的拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置中伺服電機(jī)的頻率范圍設(shè)為0.5-10Hz；所述轉(zhuǎn)盤半徑設(shè)為25-50mm；所述連桿長(zhǎng)度設(shè)為100-150mm；所述往復(fù)直線齒條長(zhǎng)度設(shè)為80-120mm；所述扭轉(zhuǎn)齒輪直徑設(shè)為25-50mm。

4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種人工前交叉韌帶拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞模擬裝置的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料；準(zhǔn)備頻率范圍為0.5-10Hz的伺服電機(jī)，準(zhǔn)備半徑為25-50mm的轉(zhuǎn)盤，準(zhǔn)備長(zhǎng)度為100-150mm的連桿，準(zhǔn)備長(zhǎng)度為80-120mm的往復(fù)直線齒條、準(zhǔn)備直徑為25-50mm的扭轉(zhuǎn)齒輪，準(zhǔn)備人工前交叉韌帶試樣A，長(zhǎng)度為20-100mm，直徑為4-20mm，可進(jìn)行纖維蛋白原涂層或不涂層；

步驟2：檢查及調(diào)整；將拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置的連接機(jī)構(gòu)放置在織物強(qiáng)力儀底座上，使用帶頭銷釘將拉伸扭轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試裝置連接基座和織物強(qiáng)力儀的底座固定，調(diào)整往復(fù)直線齒條的初始位置于滑槽中心點(diǎn)位置，改變連桿和轉(zhuǎn)盤之間的定位銷位置，使得連桿帶動(dòng)往復(fù)直線齒條作固定動(dòng)程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并使得扭轉(zhuǎn)齒輪在對(duì)應(yīng)于人體前交叉韌帶的扭轉(zhuǎn)度數(shù)-45°-+45°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟3：安裝試樣；將人工前交叉韌帶試樣A的下端安裝在夾持副部和夾持主體之間，通過(guò)螺絲螺母緊固，人工前交叉韌帶試樣A上端使用上端夾具夾持，上端夾具通過(guò)帶頭銷釘與力學(xué)傳感器連接；

步驟4：設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)；調(diào)整伺服電機(jī)頻率為0.5-10Hz，設(shè)置織物強(qiáng)力儀定伸長(zhǎng)率為10％，拉伸頻率與伺服電機(jī)頻率一致；

步驟5：測(cè)試和記錄；開(kāi)始測(cè)試，觀察循環(huán)拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷作用下人工前交叉韌帶試樣A的宏觀形態(tài)變化或拉伸扭轉(zhuǎn)載荷加載次數(shù)，當(dāng)人工前交叉韌帶試樣A斷裂或拉伸扭轉(zhuǎn)載荷加載次數(shù)達(dá)到40萬(wàn)次，即停止實(shí)驗(yàn)，記錄人工前交叉韌帶試樣A斷裂時(shí)間(h)和拉伸扭轉(zhuǎn)載荷(N)；

步驟6：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法1：在相同的測(cè)試條件下，對(duì)不同定伸長(zhǎng)率、扭轉(zhuǎn)角度和是否纖維蛋白原涂層的人工前交叉韌帶試樣A進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)人工前交叉韌帶試樣A耐拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞性能；人工前交叉韌帶試樣A斷裂時(shí)間越長(zhǎng)，其耐拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞性能越好，其結(jié)構(gòu)更為合理有效，可提供定性及定量的理論依據(jù)；評(píng)價(jià)方法2：在相同的測(cè)試條件下，對(duì)是否纖維蛋白原涂層的人工前交叉韌帶試樣進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)人工前交叉韌帶試樣A耐拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞性能；在拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞模擬第40萬(wàn)次時(shí)，在線監(jiān)測(cè)到人工前交叉韌帶試樣A拉伸載荷越大，其耐拉伸扭轉(zhuǎn)復(fù)合載荷疲勞性能越好，其結(jié)構(gòu)更為合理有效，可提供定性及定量的理論依據(jù)。