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纤维增强生物组织中的非笛卡尔流动。 (英语) Zbl 1394.76161号

小结:在适当的条件下,可以通过假设达西定律的有效性来研究流体在多孔介质中的运动。由于许多生物组织可以被认为是多孔介质,达西定律在一些生物力学背景下被引用,例如组织细胞新陈代谢所需的化学物质的运输。尽管达西定律在许多情况下提供了物理上合理的结果,但在某些情况下,生物流体的动力学行为可能会偏离达西定律。本工作的范围是分析此类偏差的一些可能后果,重点是流体速度和压力,这反过来又会影响组织细胞的健康和正确功能。特别是,我们的研究解决了间质液体通过纤维增强组织的流动问题,在纤维增强组织中,纤维按统计方向排列。我们将关节软骨作为这种类型的代表性组织,研究偏离达西定律的情况,称为“Forchheimer的纠正”。此外,我们还介绍了两种组织渗透性模型,当流体速度用达西定律描述时,这两种模型的结果不一致。然而,我们表明,如果应用Forchheimer的校正,流量描述中的差异可以减少。

MSC公司:

76Z05个 生理流
74升15 生物力学固体力学
74层10 流固相互作用(包括气动和水弹性、孔隙度等)
76S05号 多孔介质中的流动;过滤;渗流
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参考文献:

[1] Ateshian GA,Weiss JA(2010)有限变形下的各向异性渗透性。生物工程杂志132:111004-1-111004-7
[2] Athanasiou KA,Darling EM,Hu JC(2009),关节软骨组织工程。组织工程合成:1:1-182
[3] Athanasiou KA、Rosenwasser MP、Buckwalter JA、Malinin TI、Mow VC(1991)《股骨远端软骨原位固有力学特性的种间比较》。骨科研究杂志9:330-340·doi:10.1002/jor.1100090304
[4] Bear J,Bachmat Y(1990)多孔介质中传输现象建模简介。多德雷赫特·克鲁沃·Zbl 0743.76003号 ·doi:10.1007/978-94-009-1926-6
[5] Bennethum LS,Giorgi T(1997)基于混合混合物理论的两相流广义Forchheimer方程。Transp多孔介质26:261-275·doi:10.1023/A:1006536424162
[6] Bennethum LS、Murad MA、Cushman JH(2000)《膨胀多孔介质的宏观热力学和化学势》。透孔介质39:187-225·doi:10.1023/A:10066661330427
[7] Bishop RL,Goldberg SI(1968)流形上的张量分析。普伦蒂斯·霍尔,恩格尔伍德悬崖·Zbl 0218.53021号
[8] Byrne H,Preziosi L(2003)使用混合物理论模拟实体肿瘤生长。数学医学生物学20:341-366·Zbl 1046.92023号 ·doi:10.1093/imammb/204.341
[9] Carfagna M,Grillo A具有统计纤维增强的生物组织数值模拟中的球形设计算法。计算机视觉科学1-28。doi:10.1007/s00791-017-0278-6·Zbl 1390.74175号
[10] Chen SS,Falcovitz YH,Schneiderman R,Maroudas A,Sah RL(2001)正常老年人股骨头关节软骨的深度依赖性压缩特性:与固定电荷密度的关系。骨关节软骨9:561-569·doi:10.1053/joca.2001.0424
[11] Federico S,Gasser TC(2010),统计纤维取向生物组织的非线性弹性。J R Soc接口7:955-966·doi:10.1098/rsif.2009.0502
[12] Federico S,Grillo A(2012)多孔纤维增强材料在大变形下的弹性和渗透性。机械材料44:58-71·doi:10.1016/j.mechmat.2011.07.010
[13] Federico S、Grillo A、La Rosa G、Giaquinta G、Herzog W(2005)关节软骨的横向各向同性、横向均匀微观结构统计模型。生物技术杂志38:2008-2018·doi:10.1016/j.jbiomech.2004.09.020
[14] Federico S,Herzog W(2008)关于关节软骨渗透性的各向异性和不均匀性。生物医学模型Mechanobiol 7:367-378·doi:10.1007/s10237-007-0091-0
[15] Federico S,Herzog W(2008)《纤维增强多孔材料的渗透性》。国际J固体结构45:2160-2172·Zbl 1151.74016号 ·doi:10.1016/j.ijsolstr.2007.11.014
[16] Grillo A、Carfagna M、Federico S(2014)《模拟生物组织中流体流动的达西-福尔切默定律》。应用机械TEOPM7 41(4):283-322·兹比尔1458.76137 ·doi:10.2298/TAM1404281G
[17] Grillo A、Guaily A、Giverso C、Federico S(2015)关节软骨压缩试验的非线性模型。生物工程杂志137:071004-1-071004-8·数字对象标识代码:10.1115/1.4030310
[18] Grillo A、Logashenko D、Stichel S、Wittum G(2012),Forchheimer对裂隙多孔介质中流动和传输建模的修正。计算机视觉科学15:169-190·Zbl 1388.76360号 ·doi:10.1007/s00791-013-0208-1
[19] Hardin RH、Sloane NJA(1996)迈凯轮改进的缓冲立方体和其他三维新球形设计。离散计算几何15:429-441·Zbl 0858.05024号 ·doi:10.1007/BF0271118
[20] Hassanizadeh SM(1986)多孔介质中质量传输基本方程的推导。第2部分。广义达西定律和菲克斯定律。Adv Water Resour公司9:208-222
[21] Hassanizadeh SM,Gray WG(1979),多相系统的一般守恒方程:1。平均程序。Adv Water Resour公司2:131-144·doi:10.1016/0309-1708(79)90025-3
[22] Hassanizadeh SM,Gray WG(1979),多相系统的一般守恒方程:2。质量、动量、能量和熵方程。高级水资源2:191-203·doi:10.1016/0309-1708(79)90035-6
[23] Hassanizadeh SM,Lejinse A(1995)多孔介质中高浓度颗粒分散的非线性理论。Adv Water Resour公司18(4):203-215·doi:10.1016/0309-1708(95)00012-8
[24] Hedlund H,Mengarelli-Widholm S,Reinholt F,Svensson O(1993)牛关节软骨胶原蛋白的体视学研究。病原微生物免疫学学报101:133-140·doi:10.1111/j.1699-0463.1993.tb00092.x
[25] Holmes MH(1986)软组织有限变形:单轴压缩混合模型分析。生物工程杂志108:372-381·数字对象标识代码:10.1115/1.3138633
[26] Holmes MH,Mow VC(1990)超滤中软凝胶和水合结缔组织的非线性特征。生物医学杂志23:1145-1156·doi:10.1016/0021-9290(90)90007-P
[27] Khaled A,Vafai K(2003)多孔介质在生物组织流动和传热建模中的作用。国际J热质传递46:4989-5003·兹比尔1121.76521 ·doi:10.1016/S0017-9310(03)00301-6
[28] Li D,Engler TW(2001)非达西系数相关性的文献综述。摘自:SPE二叠纪盆地油气开采会议记录,德克萨斯州米德兰,2001年5月15日至17日
[29] Liu IS(1982)关于各向异性不变量的表示。国际工程科学杂志20(10):1099-1109·Zbl 0504.73001号 ·doi:10.1016/0020-7225(82)90092-1
[30] Mak AF,Lai WM,Mow VC(1987)关节软骨I的双相压痕。理论分析。生物技术杂志20:703-714·doi:10.1016/0021-9290(87)90036-4
[31] Maroudas A,Bullough P(1968)关节软骨的通透性。自然219:126-1261·doi:10.1038/2191260a0
[32] Marsden JE,Hughes TJR(1983)《弹性的数学基础》。多佛出版公司,纽约·Zbl 0545.73031号
[33] McLaughlin R(1977)复合材料微分方案研究。国际工程科学杂志15:237-244·Zbl 0349.73050号 ·doi:10.1016/0020-7225(77)90058-1
[34] Mow VC、Holmes MH、Lai MW(1984)关节软骨的流体传输和力学特性:综述。生物医学杂志17:377-394·doi:10.1016/0021-9290(84)90031-9
[35] Mow VC,Kuei SC,Lai WM,Armstrong C(1980)压缩时关节软骨的双相蠕变和应力松弛:理论和实验。生物技术工程杂志102:73-84·数字对象标识代码:10.1115/1.3138202
[36] Norris AN(1985)复合材料有效模量的微分方案。机械材料4:1-16·doi:10.1016/0167-6636(85)90002-X
[37] Pierce DM,Ricken T,Holzapfel GA(2013)考虑胶原纤维方向分布的关节软骨超弹性双相纤维增强模型:连续体基础、计算方面和应用。计算方法生物工程16:1344-1361·网址:10.1080/10255842.2012.670854
[38] Pierce DM,Ricken T,Holzapfel GA(2013)使用dt-mri建模软骨的样本/患者特定结构和扩散反应。国际数值方法生物医学工程29:807-821·doi:10.1002/cnm.2524
[39] Podzniakov S,Tsang CF(2000)计算二元非均匀介质有效水力传导率的自洽方法。水资源研究40:1-13
[40] Quiligotti S(2002)《固体-流体混合物的本体力学:运动学和不变性要求》。理论应用机械28:1-11·Zbl 1065.74025号
[41] Quiligotti S,Maugin GA,dell’Isola F(2003)约束固液混合物非线性力学的eshelbian方法。《机械学报》160:45-60·Zbl 1064.74061号 ·doi:10.1007/s00707-002-0968-z
[42] Quinn TM、Dierick P、Grodzinsky AJ(2001),糖胺聚糖网络几何形状可能有助于软骨受压时的各向异性水力渗透性。生物医学杂志34(11):1483-1490·doi:10.1016/S0021-9290(01)00103-8
[43] Rivlin RS,Ericksen JL(1955),各向同性材料的应力-变形关系。理性力学杂志4:323-425·Zbl 0064.42004号
[44] Spencer AJM(1984)强各向异性固体的本构理论。在:A.J.M.Spencer(编辑)纤维增强复合材料力学的连续体理论,第1-32页。施普林格,维也纳,奥地利(1984年)。国际机械科学中心CISM课程和讲座编号282·Zbl 0588.73117号
[45] Stracuzzi A(2015)Stime dell’influenza della correzione di Forchheimer nei modelli bifasici della软骨关节炎。都灵理工大学理科硕士论文(意大利语)
[46] Thauvin F,Mohanty KK(1998),通过多孔介质的非达西流网络建模。透孔介质31:19-37·doi:10.1023/A:1006558926606
[47] Tomic A、Grillo A、Federico S(2014),通过统计定向纤维增强多孔弹性材料-关节软骨的数字实现和应用。IMA应用数学杂志79:1027-1059·Zbl 1299.74171号 ·doi:10.1093/imamat/hxu039
[48] Torzilli PA,Mow VC(1976)关于功能I配方期间通过正常和病理关节软骨的基本流体运输机制。生物医学杂志9:541-552·doi:10.1016/0021-9290(76)90071-3
[49] Torzilli PA,Mow VC(1976)关于正常和病理关节软骨在功能期间的基本流体运输机制-II分析、解决方案和结论。生物医学杂志9:587-606·doi:10.1016/0021-9290(76)90100-7
[50] Walpole LJ(1981)《复合材料的弹性行为:理论基础》。高级应用机械21:169-242·Zbl 0512.73056号 ·doi:10.1016/S0065-2156(08)70332-6
[51] Walpole LJ(1984)三十二类晶体的第四秩张量:乘法表。程序R Soc Lond Ser A 391:149-179·Zbl 0521.73005号 ·文件编号:10.1098/rspa.1984.0008
[52] Wang X,Thauvin F,Mohanty KK(1999)各向异性多孔介质中的非达西流动。化学工程科学54:1859-1869·doi:10.1016/S0009-2509(99)00018-4
[53] Whitaker S(1996)《forchheimer方程:理论发展》。透孔介质25:27-61·doi:10.1007/BF00141261
[54] Wu JZ,Herzog W(2000)无侧限压缩试验中软骨细胞位置和时间相关力学行为的有限元模拟。Ann Biomed工程28:318-330·doi:10.1114/1.271
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