流体と多孔質弾性体の連成解析による軟骨の変形と滲出が生体潤滑に与える影響の解明

• 研究課題/領域番号: 17K14586
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮内 優 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (00758691)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 生体潤滑 / 数値シミュレーション / 多孔質弾性体 / 流体 / 流体解析 / 流体工学 / 生物・生体工学

研究成果の概要

本研究では、生体潤滑の定量的な評価のための関節軟骨内外の流れおよび関節軟骨の変形を考慮した流体と多孔質弾性体の連成解析手法の開発に関して、移動境界問題、流体弾性体相互作用、流体に飽和した多孔質弾性体の変形のそれぞれに対し、有効な数値解析手法を調査した。関節軟骨内外の流れおよび関節軟骨の変形を考慮した流体と多孔質弾性体の連成解析まで至らなかったが、計算精度、安定性、計算負荷の観点で実用的な解析コードが開発された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は優れた摩擦特性をもつ生体潤滑の機序の解明を目的として、生体関節で生じる様々な種類の潤滑の効果を定量的に評価するための数値解析手法を開発した。計算精度、安定性、計算負荷の観点で実用的な数値解析手法を調査するために多くの詳細な検証を実施した。将来の研究における、数値解析による生体潤滑の解明に寄与することが期待される。