[发明专利]人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置及其测试方法

权利要求书

1.一种人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置，其特征在于：包括计算机、织物强力仪、拉伸扭转疲劳测试装置、力学传感器和上端夹具；所述拉伸扭转疲劳测试装置通过织物强力仪与计算机连接；所述上端夹具通过力学传感器与织物强力仪连接；所述拉伸扭转疲劳测试装置与上端夹具之间设有待检测的人工前交叉韧带；所述的拉伸扭转疲劳测试装置包括夹持机构、扭转机构和连接结构；所述夹持机构通过连接结构固定连接织物强力仪；所述夹持机构与上端夹具之间设有待检测的人工前交叉韧带；所述夹持机构通过所连接的扭转机构对夹持机构的作用做来回往复的原位旋转运动；所述的夹持机构包括夹持副部和夹持主体；所述夹持副部和夹持主体均设为半圆柱体，夹持主体的一端设有可夹持待检测人工前交叉韧带一端的夹持副部；夹持主体的另一端设有固定连接织物强力仪的所述的连接结构；所述的连接结构包括连接套筒和连接基座，所述夹持主体外周套设有连接套筒，连接套筒远离夹持机构的一端设有连接织物强力仪的连接基座；所述的扭转机构包括扭转齿轮、转盘、伺服电机、连杆、往复直线齿条和滑槽；所述扭转齿轮中轴线垂直穿设有所述夹持主体；扭转齿轮与往复直线齿条啮合连接；所述往复直线齿条的齿条背面与所述连杆的一端连接，连接处设于所述滑槽内；所述连杆的另一端通过所述转盘与伺服电机连接。

2.如权利要求1所述的一种人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置，其特征在于：所述的拉伸扭转疲劳测试装置中转盘、连杆、连接套筒和织物强力仪连接基座的材料用铝合金；所述往复直线齿条、扭转齿轮的材料用尼龙；所述夹持副部和夹持主体的材料用不锈钢。

3.如权利要求2所述的一种人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置，其特征在于：所述的拉伸扭转疲劳测试装置中伺服电机的频率范围设为0.5-10Hz；所述转盘半径设为25-50mm；所述连杆长度设为100-150mm；所述往复直线齿条长度设为80-120mm；所述扭转齿轮直径设为25-50mm。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：准备实验材料；准备频率范围为0.5-10Hz的伺服电机，准备半径为25-50mm的转盘，准备长度为100-150mm的连杆，准备长度为80-120mm的往复直线齿条、准备直径为25-50mm的扭转齿轮，准备人工前交叉韧带试样A，长度为20-100mm，直径为4-20mm，可进行纤维蛋白原涂层或不涂层；

步骤2：检查及调整；将拉伸扭转疲劳测试装置的连接机构放置在织物强力仪底座上，使用带头销钉将拉伸扭转疲劳测试装置连接基座和织物强力仪的底座固定，调整往复直线齿条的初始位置于滑槽中心点位置，改变连杆和转盘之间的定位销位置，使得连杆带动往复直线齿条作固定动程的往复运动，并使得扭转齿轮在对应于人体前交叉韧带的扭转度数-45°-+45°范围内转动；

步骤3：安装试样；将人工前交叉韧带试样A的下端安装在夹持副部和夹持主体之间，通过螺丝螺母紧固，人工前交叉韧带试样A上端使用上端夹具夹持，上端夹具通过带头销钉与力学传感器连接；

步骤4：设置实验参数；调整伺服电机频率为0.5-10Hz，设置织物强力仪定伸长率为10％，拉伸频率与伺服电机频率一致；

步骤5：测试和记录；开始测试，观察循环拉伸扭转复合载荷作用下人工前交叉韧带试样A的宏观形态变化或拉伸扭转载荷加载次数，当人工前交叉韧带试样A断裂或拉伸扭转载荷加载次数达到40万次，即停止实验，记录人工前交叉韧带试样A断裂时间(h)和拉伸扭转载荷(N)；

步骤6：进行实验评价，评价方法1：在相同的测试条件下，对不同定伸长率、扭转角度和是否纤维蛋白原涂层的人工前交叉韧带试样A进行测试，评价人工前交叉韧带试样A耐拉伸扭转复合载荷疲劳性能；人工前交叉韧带试样A断裂时间越长，其耐拉伸扭转复合载荷疲劳性能越好，其结构更为合理有效，可提供定性及定量的理论依据；评价方法2：在相同的测试条件下，对是否纤维蛋白原涂层的人工前交叉韧带试样进行测试，评价人工前交叉韧带试样A耐拉伸扭转复合载荷疲劳性能；在拉伸扭转复合载荷疲劳模拟第40万次时，在线监测到人工前交叉韧带试样A拉伸载荷越大，其耐拉伸扭转复合载荷疲劳性能越好，其结构更为合理有效，可提供定性及定量的理论依据。