Fortschritte im Automobilbau
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Abstrakt

Mechanische In-vivo-Charakterisierung der menschlichen Gesichtshaut durch Kombination gekrümmter Oberflächenbildgebungs- und Eindringtechniken

Shibin Wang, Huixin Wei, Linan Li, Wenjian Chen, Anan Dai, Zhiyong Wang und Chuanwei Li

Bei der In-vivo-Studie der mechanischen Eigenschaften der Gesichtshaut, die hauptsächlich aus Epidermis, Dermis und Hypodermis besteht, sind insbesondere die Entwicklung experimenteller Geräte und die Optimierung experimenteller Methoden von großer Bedeutung. Im Rahmen dieser Studie wurde ein Satz von Geräten zur Messung der mechanischen Eigenschaften von Gesichtshaut und Weichgewebe entwickelt, die aus einem Eindring- und Reibungsgerät bestehen und richtig mit drei CCD-Kameras kombiniert sind. Ein mit einem CCD verbundener transparenter Eindringkörper wird verwendet, um den Kontaktbereich und die Topografie des Testbereichs zu beobachten. Die anderen beiden nehmen während des Experiments ein Bild der Umgebung des Testbereichs auf und ermitteln anschließend mithilfe der digitalen Bildkorrelation das Deformationsfeld. Dieses Gerät kann nicht nur die Kraft-Weg-Kurve erfassen, sondern auch die Morphologie des Testbereichs und die Deformation des umgebenden Testbereichs beobachten. Die mechanischen Eigenschaften des weichen Gesichtsgewebes können genauer ermittelt werden. Verglichen mit den Formeln der klassischen Hertz-Theorie stimmt die mit der neuen Formel berechnete Kontaktkraft besser mit den experimentellen Ergebnissen überein.

Wir haben In-vivo-Eindringtests an menschlicher Gesichtshaut durchgeführt, um den Elastizitätsmodul zu ermitteln. Ein besseres Verständnis des Haftverhaltens menschlicher Gesichtshaut ist für dermatologische oder kosmetische Anwendungen wichtig. Die tatsächlichen Kontaktradien der menschlichen Gesichtshaut unter verschiedenen Bedingungen wurden durch Eindringversuche an sechs freiwilligen Versuchspersonen ermittelt und ihr Haftverhalten untersucht. Außer den Haftkräften unter verschiedenen Bedingungen haben wir auch die theoretische Haftenergie und den theoretischen Enthaftungsradius mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. In Anbetracht der Tatsache, dass sich das hyperelastische Modell im Allgemeinen besser für die Hautforschung eignet, überarbeiten wir die klassische elastische Hafttheorie (JKR-Theorie) auf Grundlage des neo-hookschen Modells und die mit dem modifizierten Modell der hyperelastischen Hafttheorie ermittelten Kontaktradien stimmen besser mit den experimentellen Werten überein.