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骶髂关节脱位钉板的三维有限元分析

发布于:2016-06-14 18:32
有限元分析

      骶髂关节分离为一种高能量骨盆损伤,分离超过0.5cm就可影响到骨盆环的稳定性,需复位固定,常用手术方法有骶髂关节拉力螺钉内固定和前路钢板内固定。
      有限元分析方法能对复杂的结构、形态和材料力学性能进行应力分析,已成为研究骨盆力学变化非常有用的工具。已经建立了正常骨盆的三维有限元模型,本研究在该模型基础上,构建出左侧骶髂关节脱位模型,分别附加上两套内固定系统(前路2块重建钢板与2枚骶髂拉力螺钉),最后施加载荷、控制边界条件后进行求解运算。
      在正常骨盆的三维有限元模型基础上,截断左侧骶髂关节间所有联接造成单侧骶髂关节脱位。在模型上分别设置前路两块重建钢板6枚螺钉与2枚骶髂关节拉力螺钉。鉴于该试验的两种内固定比较,除内固定方式不同之外,其他条件则完全一致,因此,为简化计算,编辑故假设该脱位模型的前环完整,耻骨联合完好无破裂。根据标准设定金属内固定植入物的弹性模量E为114000 MPa,泊松比u为0.33。
      约束边界以第1骶骨顶部上终板正中央为标准水平,对双侧髋臼缘并加以固定。假设条件:实验所涉及的材料力学特性均假定为均质、连续和各向同性。受力时模型单元有足够的刚度,不会出现材料的受力变形。
分别在2种固定方法的模型上,应用500 N轴向压缩载荷,均匀分布于骶骨椎体上表面的各个节点,模拟人体直立时第一骶骨上表面所受到的压力,见图。然后进入求解器,进行计算求解。
      后处理:计算工作完成后,进入有限元的后处理模块,导出相关计算结果。同时还可导出视频来显示骶骨和髂骨之间相对位移情况,另外还可分别显示骶骨、髂骨、内固定系统的应力、应变情况。
      主要观察指标:单侧骶髂关节脱位两种不同内固定治疗方式的三维有限元骨盆模型应力、应变及位移变化分布云图。
      骶髂关节重建钢板内固定模型上施加垂直载荷后非线性三维有限元受力分析,后处理模块生成骨盆各部分应力、应变分布云图,见图。两枚骶髂拉力螺钉内固定模型上施加垂直载荷,进行非线性三维有限元分析后,后处理模块生成的应力、应变分布云图,结果见图。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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