CN208239195U - 用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具，夹具包括底座和固定于底座上的两组夹持部，每组夹持部包括外支撑杆、内支撑杆、滑块；内支撑杆竖直固定于滑块顶部，内支撑杆中部设有与之垂直的滑杆，滑杆平行于水平面，滑杆上部为三棱柱形，下部为立方体形，上下部形成一体的结构；外支撑杆嵌套于滑杆上，销钉穿过外支撑杆的外壁，顶在滑杆的外壁上；底座的上表面形成截面为倒T型的滑槽，螺栓的头部位于滑槽内，螺杆部从滑槽中穿出并自下而上贯穿滑块，螺杆部尾端嵌套螺母；滑槽边缘设有标尺；底座底部设有支撑柱。本装置可用于测试不同粗细和大小的试样，以满足不同三点弯曲实验的需求。

Description

用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具

技术领域

本实用新型涉及生物力学,主要采用工程材料力学中抗弯梁的力学模型在围限性条件下整骨及材料的力学性能测试的三点弯曲夹具。

背景技术

整骨三点抗弯试验是经典的骨伤生物力学测试方法。在工程材料三点弯试验中主要是通过上述测试方法获得材料的特性常数例如弹性模量、破坏应力或破坏应变等。其先决条件是材料均匀。但骨材料并不均匀，并且各向异性较强，在不同方向上有不同的材料常数。因此骨科实验中主要应用三点弯曲评价骨的整体功能，主要使用源种基本参数直接比较不同组别的差别。

传统实验装置由上方的压头和下方的底座及底座上的两个支撑杆组成。虽然底座的二个支撑杆也可调节，但是不能保证试样在两个支撑杆上的稳定性。在进行力学测试时，特别是在整骨测试过程中经常会出现弹出的现象，达不到实验所需的效果。而且传统实验装置缺少测中工具，不能保证压头位于试样的中点，造成实验结果的不准确性。

实用新型内容

本实用新型目的旨在解决传统加载装置的不足，所提出的一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具。

本实用新型采用的技术方案是：

一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具，所述夹具包括底座和固定于底座上的两组夹持部，每组夹持部包括外支撑杆、内支撑杆、滑块；所述内支撑杆竖直固定于滑块顶部，外支撑杆平行于内支撑杆，外支撑杆和内支撑杆相对一侧均形成类三棱柱形的接触部，两接触部相对一侧均为棱部；内支撑杆中部设有与之垂直的滑杆，滑杆平行于水平面，滑杆上部为三棱柱形，下部为立方体形，上、下部形成一体的结构；所述外支撑杆嵌套于滑杆上，销钉穿过外支撑杆的外壁，顶在滑杆的外壁上；底座的上表面形成截面为倒T型的滑槽，螺栓的头部位于滑槽内，螺栓的螺杆部从滑槽中穿出并自下而上贯穿滑块，螺杆部尾端嵌套螺母；滑槽边缘设有标尺；底座底部设有圆形的底托，底托下表面中心连接支撑柱。

进一步的，所述滑块底部形成嵌入滑槽内部的条形凸起部。

进一步的，所述销钉尾端顶在滑杆下部。

进一步的，所述滑杆上涂覆润滑油。

本实用新型获得了以下有益效果。

本实用新型可用于测试不同粗细和大小的整骨及材料，以满足不同三点弯曲实验的需求，不仅节约了成本还保证了测试过程中骨的力学稳定性，避免试样在支撑杆上进行滑动，甚至出现弹出的情况。另外，本实用新型底座上的标尺可实现压头加载点在测试样本的中点，以保证加载点截面弯矩Mw=PL/4的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A部放大图；

图3为本实用新型的主视图；

图4为图3中B部放大图；

图5为本实用新型的左视图；

图6为使用本实用新型测得的载荷-挠度曲线示意图；

图7为本实用新型中内支撑杆和外支撑杆的俯视图。

其中，1.压杆；2.压头；3.外支撑杆；4.内支撑杆；5.销钉；6.滑杆；7.底托；8.滑块；9.滑槽；10.底座；11.支撑柱；12.螺母；13.螺栓；14.接触部。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本实用新型进行进一步的技术说明。

如图1～7所示，一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具，所述夹具包括底座10和固定于底座10上的两组夹持部，每组夹持部包括外支撑杆3、内支撑杆4、滑块8；所述内支撑杆4竖直固定于滑块8顶部，外支撑杆3平行于内支撑杆4，外支撑杆3和内支撑杆4相对一侧均形成类三棱柱形的接触部14，两接触部14相对一侧均为棱部；内支撑杆4中部设有与之垂直的滑杆6，滑杆6平行于水平面，滑杆6上部为三棱柱形，下部为立方体形，上、下部形成一体的结构；所述外支撑杆3嵌套于滑杆6上，销钉5穿过外支撑杆3的外壁，顶在滑杆6的外壁上；底座10的上表面形成截面为倒T型的滑槽9，螺栓13的头部位于滑槽9内，螺栓13的螺杆部从滑槽9中穿出并自下而上贯穿滑块8，螺杆部尾端嵌套螺母12；滑槽9边缘设有标尺；底座10底部设有圆形的底托7，底托7下表面中心连接支撑柱11。

所述滑块8底部形成嵌入滑槽9内部的条形凸起部。

所述销钉5尾端顶在滑杆6下部。

所述滑杆6上涂覆润滑油。

本实用新型主要包括底座10及底座10上方的二个可调节固定的支撑杆，整个夹具与部署于其上方的下压机构配合使用。下压机构由与动力源连接的压杆1和压头2组成，压杆1顶端设有圆孔用于插销插入固定压杆1。此外，压杆1上还设有螺纹和空芯螺帽，用于紧固压杆1，压头2下端表面设置为曲面。

支撑柱11固定于底座10的下方，支撑柱11的底端有和压杆1同样的圆孔、螺纹，空芯螺帽；底座10上沿底座10延伸的方向形成滑槽9，滑块8可在滑槽9内滑动，滑块8上设有螺栓13，确定试验所需的位置后，旋转螺母12可将滑块8固定在底座10的滑槽9中。

所需测试试样放置于下压机构和底座10的二个支撑杆上。

本实用新型所有与整骨或材料的接触面均为圆弧形曲面，以保证与试样的接触面的位点，达到三点弯曲的效果。除此本实用新型可调节不同的尺寸，以固定不同粗细的整骨及材料，进而保证试样固定在夹具中的不被移动，解决传统夹具不足，也可用于多种万能材料试验机，例如instron材料试验机。

本实用新型在底座10上设置标尺，以便于调整底座10上二个支撑杆的位置，保证压头2垂直向下的力位于测试样本的中点，以保证实验的精确性。

滑块8及压头2均可以采用低碳钢制作，满足强度要求的同时，采用廉价的低碳钢及可拆卸的结构，可以大幅度节约成本。底座10上附加的标尺可保证压头2在试样或试样裂纹中心。

测试前可根据测试不同的试样，选择不同的动力源的压头2，压头2通过压杆1连接动力源。将夹具安装试验机上，支撑柱11用于与试验机固定。根据不同的试样调节弯矩，固定滑块8，以保证压头2位于两个滑块8的中间；再根据不同的粗细的材料，调节内支撑杆4和外支撑杆3的间距，将试样加紧，再拧紧滑块8上的螺母12将滑块8锁紧，完成试样的固定。

在骨折愈合、骨质疏松病理和疗效及成骨的力学刺激模型的实验中会使用大鼠和家兔的四肢长骨，在此以兔胫骨测定为例：解剖新西兰大白兔，完整解剖出胫骨及股骨剔除肌肉及骨膜，按工程材料试验方法处理两端，按样本长度设定跨距，在两支点连线的中线向下加载，所移动的距离位移，即加载点与两支点连线的垂直距离的变化，称为挠度或者位移。随着载荷增加，骨弯曲变形，直至开裂分离，产生弯断型骨折。根据三点弯曲加载可以产生载荷-挠度（位移）曲线，其中曲线达到最大载荷点Pmax称为破坏载荷，表示抗弯强度，曲线的斜率称为抗弯刚性，曲线的形成面积和达到破坏载荷的挠度分别称为能量吸收指标和变形能力的指标。设定跨距及加载速度，骨标本保持湿润，加载点位于骨与夹具接触的中点，开始加载。形成类似如图6所示的曲线图。通过图6，可计算得出此胫骨的力学参数，最大载荷Pmax表示抗弯强度，最大载荷下的位移称为最大挠度，表示变形能力，斜率为抗弯刚度，曲线形成面积称为能量吸收量。除此通过重复测量还可以探讨Pmax抗弯强度与抗弯刚性的关系。

Claims (4)

1.一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具，其特征在于，所述夹具包括底座（10）和固定于底座（10）上的两组夹持部，每组夹持部包括外支撑杆（3）、内支撑杆（4）、滑块（8）；所述内支撑杆（4）竖直固定于滑块（8）顶部，外支撑杆（3）平行于内支撑杆（4），外支撑杆（3）和内支撑杆（4）相对一侧均形成类三棱柱形的接触部（14），两接触部（14）相对一侧均为棱部；内支撑杆（4）中部设有与之垂直的滑杆（6），滑杆（6）平行于水平面，滑杆（6）上部为三棱柱形，下部为立方体形，上、下部形成一体的结构；所述外支撑杆（3）嵌套于滑杆（6）上，销钉（5）穿过外支撑杆（3）的外壁，顶在滑杆（6）的外壁上；底座（10）的上表面形成截面为倒T型的滑槽（9），螺栓（13）的头部位于滑槽（9）内，螺栓（13）的螺杆部从滑槽（9）中穿出并自下而上贯穿滑块（8），螺杆部尾端嵌套螺母（12）；滑槽（9）边缘设有标尺；底座（10）底部设有圆形的底托（7），底托（7）下表面中心连接支撑柱（11）。

2.如权利要求1所述的一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具，其特征在于，所述滑块（8）底部形成嵌入滑槽（9）内部的条形凸起部。

3.如权利要求1所述的一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具，其特征在于，所述销钉（5）尾端顶在滑杆（6）下部。

4.如权利要求1所述的一种用于整骨及仿生骨材料力学性能测试的三点弯曲夹具，其特征在于，所述滑杆（6）上涂覆润滑油。