【正文】 Main Menu→ Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Partition→Volume→Pick all”，將所有發(fā)生干涉的部分劃分為單獨(dú)的體，相鄰的部分是粘接的關(guān)系。以備ANSYS中使用。 多邊形處理后的股骨模型 ⑶形狀階段多邊形階段轉(zhuǎn)換后經(jīng)過(guò)技術(shù)處理所得到理想曲面模型，這個(gè)過(guò)程即為形狀階段。選擇“封裝”，在彈出管理器中選擇“曲面”。導(dǎo)出Mimics以igs格式保存文件。點(diǎn)擊“start threholding”按鈕，功能設(shè)定Hu閾值為662~1613，點(diǎn)擊“apply”完成。 股骨冠截面圖和矢截面圖 閾值曲線圖在Mimics中構(gòu)建股骨模型的主要分步驟：（1） 閾值處理利用分割目標(biāo)部分的相鄰像素間灰度值是相似的不同分割目標(biāo)的像素值不同，來(lái)實(shí)現(xiàn)操作的，這是基于對(duì)灰度值的一種假設(shè)的閾值處理方法。在相關(guān)醫(yī)生的指導(dǎo)下對(duì)年齡30歲，股骨無(wú)疾病及畸形的健康男性志愿者，沿股骨長(zhǎng)軸方向做切斷面的掃描。Geomagic是一款逆向工程CAD建模軟件。從已有的實(shí)物模型產(chǎn)出相應(yīng)的CAD模型的過(guò)程即為產(chǎn)品的三維CAD模型重構(gòu)，為后續(xù)的工程分析、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等提供數(shù)學(xué)模型支持。主要分為接觸式、非接觸式和破壞式三類，其中代表性的數(shù)據(jù)采集設(shè)備有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、光學(xué)掃描儀和斷層掃描儀。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程為以下幾部分產(chǎn)品功能需要→產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)→產(chǎn)品總體及零部件設(shè)計(jì)→制定生產(chǎn)工藝流程→設(shè)計(jì)、制造工夾具、模具等工裝→零部件加工及裝配→產(chǎn)品檢驗(yàn)及性能測(cè)試。在外力作用下產(chǎn)生的變形與其本身幾何尺寸相比很小，可以不考慮因變形而引起的尺寸變化。對(duì)股骨干骨折系統(tǒng)的彈性常數(shù)不隨應(yīng)力或應(yīng)變的改變而改變。第三章 股骨干骨折系統(tǒng)模型建立及有限元分析通過(guò)一、二章對(duì)論文研究基礎(chǔ)的介紹，本章將簡(jiǎn)單介紹創(chuàng)建股骨干骨折系統(tǒng)模型的過(guò)程，以及將模型導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行分析得到的結(jié)果。近年來(lái)，生物力學(xué)發(fā)展迅猛，由于力學(xué)環(huán)境而影響骨折的修復(fù)越來(lái)越受到重視，伍爾夫定律證明了骨塑形的重要因素之一就是骨的力學(xué)環(huán)境。其中，A型為簡(jiǎn)單骨折，其亞型包括A1為螺旋型，A2為30176。除此而外，應(yīng)根據(jù)肢體的外部畸形情況初步判斷骨折的部位，特別是下肢遠(yuǎn)端外旋位時(shí)，注意勿與粗隆間骨折等髖部損傷的表現(xiàn)相混淆，有時(shí)可能是兩種損傷同時(shí)存在。股骨干骨折多由于嚴(yán)重的外傷引起，出血量可達(dá)1000～1500毫升。股骨干為三組肌肉所包圍。當(dāng)髖關(guān)節(jié)屈曲、內(nèi)收、內(nèi)旋時(shí)，股骨頭大部分脫離髖臼抵向關(guān)節(jié)囊的后下部，此時(shí)若外力從前方作用于膝關(guān)節(jié)，再沿股骨傳到股骨頭，易于發(fā)生髖關(guān)節(jié)后脫位。但由于股骨頭深嵌在髖臼中，髖臼又有關(guān)節(jié)盂緣加深，包繞股骨頭近2/3，所以關(guān)節(jié)頭與關(guān)節(jié)窩二者的面積差甚小，故運(yùn)動(dòng)范圍較小。當(dāng)膝關(guān)節(jié)屈曲90176。膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)的正常值為130176。人類日常生活中的站、走、跑、跳等多項(xiàng)活動(dòng)都離不開(kāi)膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。 股骨 膝關(guān)節(jié)示意圖膝關(guān)節(jié)由股骨內(nèi)、外側(cè)髁和脛骨內(nèi)、外側(cè)髁以及髕骨構(gòu)成，為人體最大且構(gòu)造最復(fù)雜，損傷機(jī)會(huì)亦較多的關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)是人體內(nèi)最大、。在后方，兩髁之間有一深凹陷，叫做髁間窩。外側(cè)唇向上外移行為臀肌粗隆，內(nèi)側(cè)唇向上前止于小轉(zhuǎn)子。大轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)面有一凹陷，叫做轉(zhuǎn)子窩。頭的外下方較細(xì)的部分稱股骨頸。股骨頭就是支撐身體上半部分的兩根骨頭，具體位置在骨盆下方，骨盆那里一邊一個(gè)髖臼，兩個(gè)股骨頭正好和髖臼配合，起到支撐上體的作用。第六章：全文的總結(jié)和展望部分，對(duì)全文的研究做了總結(jié)并對(duì)今后工作提出了展望。第三章：本研究的有限元分析部分，主要介紹了對(duì)股骨骨折系統(tǒng)有限元分析的過(guò)程，包括模型的建立、有限元分析過(guò)程。3．股骨骨折系統(tǒng)模型的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)：應(yīng)用電測(cè)法對(duì)股骨骨折系統(tǒng)在軸向加載下八個(gè)位置的應(yīng)變進(jìn)行了測(cè)量，八個(gè)位置分別為接骨板上四個(gè)，股骨上四個(gè)。本研究利用逆向工程軟件建立由鈦合金接骨板固定的股骨骨折系統(tǒng)模型，運(yùn)用有限元法對(duì)股骨骨折系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真分析，并對(duì)部分仿真結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。趙均海等通過(guò)人體密質(zhì)骨撞擊實(shí)驗(yàn)研究，得出了應(yīng)力應(yīng)變率隨時(shí)間變化的曲線以、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖線；王勃等人通過(guò)對(duì)人的股骨和脛骨各向異性力學(xué)參數(shù)、流變形特性的研究，測(cè)試了國(guó)人的股骨和脛骨不同方向的力學(xué)參數(shù)，并得到應(yīng)力松弛時(shí)力與時(shí)間的關(guān)系；趙文志等人通過(guò)動(dòng)物力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，建立了可數(shù)值量化的應(yīng)力與股骨近端生長(zhǎng)關(guān)系的生物力學(xué)模型；吳維才等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了扭轉(zhuǎn)載荷下股骨的力學(xué)性質(zhì)。旋前位固定； ②若外側(cè)移位, 則采用屈 90176。研究發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)能促進(jìn)骨痂的生長(zhǎng)。相對(duì)于這些早期分析, 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)允許發(fā)展既省時(shí)廉價(jià)又功能強(qiáng)大的三維有限元模型。Huiskes的工作對(duì)了解股骨植入物載荷傳遞的基本機(jī)制做出了非常重要貢獻(xiàn)。全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是一個(gè)很常見(jiàn)的手術(shù)， 全球每年大約要完成30萬(wàn)例。研究人體椎間盤、周圍韌帶、關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨的生物力學(xué)特性；測(cè)試評(píng)價(jià)人工關(guān)節(jié)置換的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量創(chuàng)新理論被實(shí)踐所證實(shí)，尤其是骨折愈合得到了重新認(rèn)識(shí)與審視，骨科內(nèi)固定治療體系即將迎來(lái)另一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期。在國(guó)內(nèi)，近年來(lái)研究?jī)?nèi)固定接骨板的學(xué)者和專家越來(lái)越多。 AO學(xué)派繼承了達(dá)尼斯等學(xué)者的內(nèi)固定思想和骨折一期愈合理論，倡導(dǎo)和推進(jìn)骨折內(nèi)固定治的療與研究，提出了著名的AO四原則，包括了堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定、解剖復(fù)位、無(wú)創(chuàng)外科技術(shù)、術(shù)后早期無(wú)痛活動(dòng)。本研究將利用逆向工程技術(shù)通過(guò)CT掃描的圖像，應(yīng)用MIMICS軟件對(duì)掃描圖像進(jìn)行處理，建立股骨模型，將股骨模型導(dǎo)入三維CAD軟件Pro/E,按照特定基準(zhǔn)進(jìn)行裝配，完成股骨內(nèi)固定系統(tǒng)模型的建立。體現(xiàn)了骨以最少的結(jié)構(gòu)材料來(lái)承受最大外力的功能適應(yīng)性。但是，無(wú)論在形態(tài)還是力學(xué)性質(zhì)上，骨頭都是各向異性的。國(guó)內(nèi)外對(duì)生物力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)的研究畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 11．1引言 1 1 1 2 2 2 3 3 3 內(nèi)容及章節(jié)安排 4 4 4 4 5第二章 股骨及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介 6 6 7 7 8 8 9 9第三章 股骨干骨折系統(tǒng)模型建立及有限元分析 11 11 11 11 1骨釘模型的建立及與股骨的裝配 17 17 18 18 劃分網(wǎng)格 19 21 21 后處理 21 29 結(jié)果分析 30 本章小結(jié) 31第四章 股骨愈合的力學(xué)實(shí)驗(yàn) 32 32 32 32 32 33 33 34 35 36第五章 股骨有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)照 37 37 38 40第六章 結(jié)論與展望 41 結(jié)論 41 41參考文獻(xiàn) 42致謝 43天津理工大學(xué)2014屆本科畢業(yè)論文第一章 緒論1．1引言生物力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)原理和方法對(duì)生物體中的力學(xué)問(wèn)題定量研究的生物物理學(xué)分支。在近似分析中，人與動(dòng)物骨頭的壓縮、拉伸、斷裂的強(qiáng)度理論及其狀態(tài)參數(shù)都可應(yīng)用材料力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)公式。骨是骨膠原纖維和無(wú)機(jī)晶體的組合物，骨板由縱向纖維和環(huán)向纖維構(gòu)成，骨質(zhì)中的無(wú)機(jī)晶體使骨強(qiáng)度大大提高。這主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)在人體體內(nèi)是無(wú)法進(jìn)行的，近年來(lái)有限元分析法的飛速發(fā)展為進(jìn)行骨力學(xué)探究開(kāi)辟了一條新的思路。自AO成立之日起為骨科內(nèi)固定做出了不可替代的貢獻(xiàn)，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)隨著內(nèi)固定接骨板技術(shù)的發(fā)展與普及，現(xiàn)已形成一個(gè)從原則、理論、方法到設(shè)備和器材的完整體系，成為當(dāng)今骨折治療領(lǐng)域中的經(jīng)典手段之一。強(qiáng)調(diào)骨折治療要重視骨的生物學(xué)特性，也反映出BO新概念的核心。第三軍醫(yī)大學(xué)的熊雁等結(jié)合了AO研究進(jìn)展中接骨板的所有優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)出了點(diǎn)接觸鎖定加壓接骨板(PCLCP)，其設(shè)計(jì)出的接骨板就是為了進(jìn)一步保護(hù)骨折端及骨皮質(zhì)血運(yùn)，提供骨折愈合的最佳生物學(xué)環(huán)境，并且為了讓充分保護(hù)了骨皮質(zhì)及骨折區(qū)域的血供該設(shè)計(jì)避免了接骨板與骨面之間不必要的接觸。在1972年Rybicki和 Brekelmans首次在骨生物力學(xué)中應(yīng)用有限元法，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，有限元對(duì)骨生物力學(xué)的研究起重大作用，在其中占領(lǐng)主導(dǎo)地位，主要應(yīng)用于內(nèi)外固定系統(tǒng)的研究、各種人工假體的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，及骨系統(tǒng)的應(yīng)力分析。歷史上， 在骨科生物力學(xué)與生物材料兩方面, 焦點(diǎn)先放于股骨。事實(shí)上，失敗主要出現(xiàn)在股骨假體側(cè)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的限制, 當(dāng)時(shí)進(jìn)行此類分析需要大量的人力物力。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)橫形骨折復(fù)位后固定穩(wěn)定且牢固，而且骨折的早、中、后期均可壓力所產(chǎn)生的壓電效應(yīng)，斜形骨折則不能。劉獻(xiàn)祥等通過(guò)有限元法對(duì)小兒肱骨髁上部力學(xué)特性進(jìn)行了分析, 根據(jù)結(jié)果認(rèn)為伸直型肱骨髁上骨折的固定方法為: ①若內(nèi)側(cè)移位, 則采用屈曲 90176。1846年，沃特海姆測(cè)量出骨生物彈性性質(zhì)，并得出非線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系方程；1864年，Wertheim用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定了骨的彈性性質(zhì)，Carter和Hayes通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和分析了骨骼的應(yīng)力應(yīng)變的情況，提出了利用骨骼的表觀密度計(jì)算骨骼彈性模量的方法；1884年，伍爾夫提出在體骨將隨其所售的應(yīng)力、應(yīng)變而改建； 1977年，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了松質(zhì)骨的彈性模量和強(qiáng)度對(duì)應(yīng)變率的敏感性；LakeS和Katz等人在1979年通過(guò)對(duì)骨的粘彈性力學(xué)行為研究，建立了皮質(zhì)骨的非線性粘彈性本構(gòu)方程；1990和1993年，Crolet將均勻化理論用于密質(zhì)骨。利用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行分析。2．股骨骨折系統(tǒng)的有限元分析：將裝配好的股骨骨折系統(tǒng)模型導(dǎo)入有限元分析軟件，進(jìn)行布爾操作、定義單元類型和材料屬性、劃分網(wǎng)格、約束與加載和后處理操作，獲取股骨骨折系統(tǒng)在軸向力、彎曲力矩、扭轉(zhuǎn)力矩加載情況下的應(yīng)力應(yīng)變情況，并對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 第二章：本研究的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要介紹了股骨解剖結(jié)構(gòu)、股骨干骨折類型及愈合機(jī)制，為后續(xù)的有限元分析及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。第五章：對(duì)有限元分析結(jié)果與力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)匯總與分析，通過(guò)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果，驗(yàn)證有限元的分析結(jié)果。人體中最大的長(zhǎng)管狀骨是股骨分為一體兩端。頭的中央稍下方，有一小凹，為股骨頭韌帶的附著處叫做股骨頭凹。大、小轉(zhuǎn)子間，前有轉(zhuǎn)子間線，后有轉(zhuǎn)子間嵴相連。粗線可分內(nèi)、外側(cè)兩唇，兩唇在體的中部靠近，而向上、下兩端則逐漸分離。兩髁的下面和后面都有關(guān)節(jié)面與脛骨上端相關(guān)節(jié)，前面的光滑關(guān)節(jié)面接髕骨，稱為髕面。股骨近端連接處為髖關(guān)節(jié)，股骨遠(yuǎn)端連接處