106年:物治基礎(1)

對關節軟骨進行限制性單軸向的壓縮試驗,如下圖 A所示,在時間 t對關節軟骨施加持續且固定的壓應力 σ,組織隨時間變形的情形如圖 B所示,經過一段時間後達到平衡的壓應變為 ε。圖B所顯示為關節軟骨的何種現象? 圖片

A潛變反應( creep response )
B遲滯現象( hysteresis )
C應力鬆弛( stress-relaxation response )
D擠壓液膜( squeeze-film )

詳細解析

本題觀念:

關節軟骨(articular cartilage)的黏彈性生物力學行為,尤其是在固定壓應力(constant compressive stress)下,組織應變隨時間漸進增加並趨近平衡的現象——即「潛變反應(creep response)」。此為關節軟骨生物力學的核心考點,需與應力鬆弛(stress relaxation)、遲滯(hysteresis)及擠壓液膜(squeeze-film)等概念明確區分。

影像分析:

圖片由兩個子圖組成:

圖 A(左圖)— 載荷輸入

  • 縱軸為「應力(力)」,橫軸為「時間」
  • 在時間點 t,應力從 0 瞬間躍升至固定值 σ,並在整個實驗過程中維持恆定不變(水平直線)
  • 此設計代表「固定壓應力試驗(constant compressive stress test)」

圖 B(右圖)— 組織反應輸出

  • 縱軸為「應變(變形量)」,橫軸為「時間」
  • 在時間點 t 施加應力後,應變立即出現初始彈性變形,隨後持續緩慢增加
  • 應變曲線呈上凸的指數型漸近線,最終趨近於平衡應變值 ε(以虛線標記)
  • 此曲線型態是潛變反應(creep response)的特徵圖形:在固定載荷下,組織持續緩慢變形直到平衡

兩圖合看:施加固定應力 σ → 組織產生隨時間增加的應變

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