一種軟骨蠕變力學性能測試裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種軟骨蠕變力學性能測試裝置，該裝置整體采用對稱雙層支架結構，包括中心軸、可移動試樣臺、第一支架和第二支架。中心軸的運動由帶法蘭的直線軸承控制，速度由設置在第一支架上的液壓緩沖器控制，砝碼托盤固定在液壓緩沖器之上，中心軸的頂端裝有LVDT位移傳感器，壓頭設置在中心軸的最底端，緊靠壓頭之上設置有壓力傳感器；由試樣槽和試樣槽支架組成的可移動試樣臺固定在第二支架的底部支座上。該裝置結構簡單、成本低、測試方便，在整個測試過程中通過計算機檢測來自壓力傳感器和位移傳感器的信號，能夠測量在模擬體液環境下試樣在恒定載荷下位移-時間的變化，以及試樣在恒定加載速度下壓力-位移的變化。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于一種力學性能測試裝置，尤其是一種軟骨蠕變力學性能測試裝置。
技術介紹
關節軟骨是組成滑膜關節的承重組織，用于傳遞和分散施加在關節上的壓縮載荷，并提供一個非常低摩擦系數的承重表面。由于軟骨是骨關節炎中最先受損的，因此精確了解其力學性能非常必要。此外，對軟骨力學性能的了解也為設計符合生物力學原理的仿生軟骨修復材料提供依據，具有重要的研究價值，對推動軟骨生物力學的發展具有重要意義。關節軟骨被認為是一種兩相材料，受到載荷時，其固體相發生瞬間變形，進入蠕變期，液體相從軟骨基質流入到滑液中，賦予關節軟骨特殊的力學性質。目前，多采用電子萬能材料試驗機對其力學性能進行測量，包括拉伸、壓縮、蠕變、撕裂性能等，但不能精確的檢測受載過程中固液兩相的變化。英國利茲大學生物與醫學工程研究所研制出了一種壓凹實驗裝置，旨在快速準確的測量壓痕深度和軟骨厚度。但該裝置的設計較為復雜，試樣的裝載和拆卸不夠方便，而且不能測量模擬體液環境下的軟骨蠕變行為。而目前國內還沒有成型的設備用于軟骨蠕變性能測量，因此研制出專門用于軟骨蠕變力學性能研究的力學性能實驗裝置十分重要。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種結構簡單、成本低、測試方便的裝置，能夠準確的測量模擬體液環境下在恒定壓力下試樣的變形情況，以及試樣在恒定加載速度下壓力-位移的變化，以更全面的評價軟骨修復材料的力學性能，更好的模擬體內使用情況。實現本技術的技術解決方案為:一種軟骨蠕變力學性能測試裝置，該裝置包括中心軸、可移動試樣臺、第一支架和第二支架，所述第一支架與第二支架連接；所述中心軸包括LVDT位移傳感器、砝碼托盤、液壓緩沖器、帶法蘭的直線軸承、壓力傳感器和壓頭，所述中心軸的運動由帶法蘭的直線軸承控制，速度由設置在第一支架上的液壓緩沖器控制，砝碼托盤固定在液壓緩沖器之上，中心軸的頂端裝有LVDT位移傳感器，并貫穿于第一支架的上部支座上設置的通孔，壓頭設置在中心軸的最底端，緊靠壓頭之上設置有壓力傳感器；可移動試樣臺固定在第二支架的底部支座上，所述中心軸通過帶法蘭的直線軸承與第二支架的中部支座連接。所述第一支架由上部支座和兩個導軌組成，所述兩個導軌的一端與上部支座的兩端固定，另一端與第二支架的中部支座固定。所述第二支架由中部支座、底部支座和第一導軌、第二導軌組成，所述第一導軌、第二導軌的一端與中部支座的兩端連接，另一端與底部支座的兩端固定。所述第一導軌、第二導軌的一端設置螺紋，中部支座的兩端設置通孔，第一導軌、第二導軌的螺紋與中部支座通孔連接后通過螺栓固定。所述第一導軌、第二導軌的螺紋處設置平墊圈。所述帶法蘭的直線軸承通過插銷與中部支座固定連接。所述壓頭為半圓形，直徑為Φ3ι πι、Φ6mm> Φ9mm,材質為不銹鋼。所述可移動試樣臺為可拆卸結構，包括試樣槽和試樣槽支架，所述試樣槽支架與試樣槽通過螺紋連接。所述試樣槽包括試樣外槽、試樣內槽和試樣夾具三部分；所述試樣外槽為一端封閉的筒狀結構，在其筒內封閉端上設置一凹槽，凹槽內設置與試樣外槽同樣結構的試樣內槽，試樣內槽側面設置通孔，試樣內槽內部設置圓錐臺形狀的試樣夾具，所述的試樣夾具直徑大的圓面與試樣內槽相接觸，直徑小的圓面中心設有圓柱形的內槽，并在其頂部的圓環上對稱開槽。在所述試樣內槽的封閉端上設置一通孔。本技術與現有技術相比，其顯著優點:1、該裝置結構簡單、成本低、使用方便，能快速的完成試樣的夾緊與更換；2、該裝置能在模擬體液環境下測量試樣的力學性能；3、該裝置能精確測量多種材料在恒定載荷(精度達到0.01N)下變形(測量精度達到0.0lmm)隨時間的變化情況；4、該裝置還能測量試樣在恒定加載速度下壓力隨位移的變化。本技術的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。附圖說明圖1是本技術的結構示意圖。圖2是本技術中試樣槽的結構示意圖。圖3是本技術試樣夾具的側視圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術作進一步詳細描述。結合圖1，一種軟骨蠕變力學性能測試裝置，由中心軸、第一支架、第二支架和可移動試樣臺組成。第一支架由上部支座9和兩個導軌組成，導軌的一端與上部支座9的兩端固定，導軌的另一端與第二支架的中部支座10固定。第二支架由中部支座10、底部支座11、第一導軌12和第二導軌13組成，第一導軌12和第二導軌13的一端均設置螺紋，中部支座10的兩端設置通孔，第一導軌12和第二導軌13的螺紋與中部支座10的通孔連接后通過螺栓固定，且在第一導軌12和第二導軌13的螺紋處設置平墊圈，用于調節中部支座10的高度，第一導軌12和第二導軌13的另一端與底部支座11的兩端固定。中心軸由LVDT位移傳感器1、砝碼托盤2、液壓緩沖器3、帶法蘭的直線軸承4、壓力傳感器5和壓頭6構成，中心軸的運動由帶法蘭的直線軸承4控制，速度由設置在第一支架上的液壓緩沖器3控制，砝碼托盤2固定在液壓緩沖器3之上，中心軸的頂端裝有LVDT位移傳感器1，并貫穿于第一支架的上部支座10上設置的通孔，以保證實驗過程中LVDT位移傳感器I的垂直度。壓頭6設置在中心軸的最底端，緊靠壓頭6之上設置有壓力傳感器5。可移動試樣臺由試樣槽7和試樣槽支架8組成，試樣槽支架8通過螺紋與試樣槽7連接，可控制試樣槽7的高度，試樣槽支架8固定在第二支架的底部支座11上，帶法蘭的直線軸承4通過插銷與第二支架的中部支座10固定連接。試樣槽7可拆卸,包括試樣外槽14、試樣內槽15和試樣夾具16三部分。試樣外槽14主要用于裝PBS緩沖液或其他模仿人體體液環境的溶液，試樣外槽14為一端封閉的筒狀結構，在其筒內封閉端即底面上設置一凹槽，凹槽內可放置與試樣外槽14同樣結構的不同尺寸的試樣內槽15，試樣內槽15側面設置通孔，用于與試樣外槽14進行溶液交換，試樣夾具16為圓錐臺結構(錐角成 15° )，其直徑大的圓面與試樣內槽15內部的封閉端即底面的尺寸吻合，以使得試樣夾具16與試樣內槽15良好接觸,不易移動；在試樣夾具16直徑小的圓面上開有圓柱形的凹槽,并在試樣夾具16頂部的圓環上以中心軸線對稱開方形槽，如圖3，便于溶液交換，方形槽的個數優選4個，將試樣放入試樣夾具16后，用圓環套在試樣夾具16上下壓加固。試樣內槽15封閉端即底面上的中心設置一通孔，便于試樣夾具16的取出。在進行實驗測試前先把試樣裝入試樣夾具16內，用套環壓緊，再放入試樣內槽15，并固定在試樣外槽14內部，在加注適量模擬體液；在砝碼托盤2上加載所需的載荷；旋轉可移動試樣臺或通過調整中部支座10高度使試樣剛好接觸壓頭6，壓頭6是半圓形的，直徑有三種規格:Φ3πιπι、Φ6πιπι、Φ9πιπι，制作材料為不銹鋼；調整液壓緩沖器3的下端旋鈕，調到所需的下壓速度；再將位移傳感器1、壓力傳感器5的示數歸零；拔出帶法蘭的直線軸承4上的插銷，中心軸在加載和緩沖器的作用下以恒載或恒定壓縮速度緩慢向下運動；同時，與位移傳感器I和壓力傳感器5相連的計算機開始采集數據。權利要求1.一種軟骨蠕變力學性能測試裝置，其特征在于:該裝置包括中心軸、可移動試樣臺、第一支架和第二支架，所述第一支架與第二支架連接；所述中心軸包括LVDT位移傳感器、砝碼托盤、液壓緩沖器、帶法蘭的直線軸承、壓力傳感器和壓頭，所述中心軸的運動由帶法蘭的直線軸承控本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種軟骨蠕變力學性能測試裝置，其特征在于：該裝置包括中心軸、可移動試樣臺、第一支架和第二支架，所述第一支架與第二支架連接；所述中心軸包括LVDT位移傳感器[1]、砝碼托盤[2]、液壓緩沖器[3]、帶法蘭的直線軸承[4]、壓力傳感器[5]和壓頭[6]，所述中心軸的運動由帶法蘭的直線軸承[4]控制，速度由設置在第一支架上的液壓緩沖器[3]控制，砝碼托盤[2]固定在液壓緩沖器[3]之上，中心軸的頂端裝有LVDT位移傳感器[1]，并貫穿于第一支架的上部支座[10]上設置的通孔，壓頭[6]設置在中心軸的最底端，緊靠壓頭[6]之上設置有壓力傳感器[5]；可移動試樣臺固定在第二支架的底部支座[11]上，所述中心軸通過帶法蘭的直線軸承[4]與第二支架的中部支座[10]連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊黨生，石雁，唐仲豐，聶中文，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：實用新型
國別省市：