【正文】 本章 小結(jié) 本章 對有限元分析結(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，通過力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的應(yīng)力應(yīng)變情況，對有限元分析結(jié)果進(jìn)行了對比。 在填充材料為松木即骨愈合后期時，由圖 可知，應(yīng)變片 7 處接骨板受拉伸力，其余各處均為壓縮力。 天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 37 第五章 股骨有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對照 將第四章所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，最后利用計(jì)算出的有限元分析結(jié)果與實(shí)踐結(jié)果的對照。 圖 圖 圖 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 以 150N 為基礎(chǔ) ，以每次加 50N 的 梯度加載至 500N，同時記錄每次加載后 8 個應(yīng)變片的天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 35 相應(yīng)應(yīng)變數(shù)據(jù)。使用鈦合金接骨板及適量骨釘固定斷骨，并在股骨與接骨板的 8 個位置黏貼應(yīng)變片并進(jìn)行編號。 作為生物力學(xué)重要研究方法之一的電測法正在被越來越多的研究學(xué)者所 應(yīng)用。通過電阻應(yīng)變儀就可測定相應(yīng)的變化，在應(yīng)用胡克定律或其他理論公式便可求得應(yīng)力值。 天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 31 （ 3）隨著股骨愈合時間的推移股骨的承受應(yīng)力越來越大，接骨板承受的力越來越小，至股骨愈合 50%時股骨與接骨板受力無明顯變化。 圖 接骨板在內(nèi)外彎矩加載下的 圖 等效應(yīng)力分布圖（愈合 75%） 等效應(yīng)力分布圖（愈合 75%） 5. 在股骨愈合 90%時，股骨骨折系統(tǒng)在各種加載情況下的應(yīng)力分布情況 （ 1）股骨骨折系統(tǒng)在 250N 軸向加載力下，鈦合金接骨板和股骨的應(yīng)力分布云圖如圖 和圖 所示 ； 股骨骨折系統(tǒng)最大應(yīng)力處位于接骨板兩側(cè)位置，最大等效應(yīng)力為 ，股骨最大應(yīng)力處位于股骨遠(yuǎn)端最近螺釘位置，最大等效應(yīng)力為 ； 這說明在股骨愈合天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 28 90%時，股骨骨折系統(tǒng)在 250N 軸向壓力下，股骨主要承擔(dān)載荷，且接骨板兩側(cè)位置的強(qiáng)度，應(yīng)滿足在 等效應(yīng)力以下不會斷裂。 圖 接骨板前后彎矩加載下的 圖 股骨在前后彎矩加載下的 等效應(yīng)力分布圖（愈合 25%） 等效應(yīng)力分布圖（愈合 25%） （ 3）股骨骨折系統(tǒng)在內(nèi)外彎曲 15Nm 力矩下，股骨骨折系統(tǒng)、鈦合金接骨板和股骨的應(yīng)力分布云圖如圖 和圖 所示 ； 股骨骨折系統(tǒng)最大應(yīng)力處位于接骨板兩側(cè)，最大等效應(yīng)力為 ，股骨最大應(yīng)力處位于距離股骨近端最近的螺釘位置，最大等效應(yīng)力為； 這說明在股骨愈合 25%時，股骨骨折系統(tǒng)在內(nèi)外彎曲 15Nm 力矩下，接骨板主要承擔(dān)載荷，且接骨板上距離股骨近端最近的螺釘位置部分應(yīng)滿足在 等效應(yīng)力以下不會斷裂 。 圖 通過節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建剛性區(qū)域 加載方式 本研究對股骨骨折系統(tǒng)進(jìn)行軸向壓縮、內(nèi)外彎曲、前后彎曲三種加載方式。 定義單元類型，實(shí)體選擇 Solid45，質(zhì)量單元選擇 3D mass21； Preprocessor→ Real Constant→ Add?→ Type 2 MASS21→ OK→設(shè)置實(shí)常數(shù)。 Material Model Number2， Material Model Number3的設(shè)置同理可設(shè)。 選擇菜單項(xiàng)“ Work plane→ Isplay working plane”，顯示輔助坐標(biāo)系。 探 測 輪 廓 線 編 輯 輪 廓 線 探 測 曲 率 自 動 擬 合 曲 面曲 面 片 處 理格 式 生 成 處 理曲 面 生 成曲 面 輸 出 天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 17 圖 形狀階段流程圖 圖 形狀階段處理后股骨模型圖 鈦合金接骨板、骨釘模型的建立及與股骨的裝配 將 在 Geomagic 中 獲得股骨 igs 文件通過軟件端口導(dǎo)入 PRO/E 中 ，并在 PRO/E 中繪制股骨中段骨折所用接骨板及骨釘，將骨釘簡化為圓柱體。 天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 16 圖 股骨點(diǎn)云圖 圖 封裝后股骨曲面圖 ⑵ 多邊形階段 在模型管理器中右鍵單擊點(diǎn)云，選擇“隱藏”，視圖窗口只顯示多邊形，進(jìn)行多邊形階段處理：首先，點(diǎn)擊 “填充孔”按鈕，有包括填充完整孔、填充邊界孔及生成橋填充三種填充方式。 圖 閾值設(shè)置對話框 （ 2）編輯圖像 經(jīng)過 閾值 設(shè)定 生成的股骨 圖像 中間 存在一些 空洞， 以便得到準(zhǔn)確的 CT 圖像，需要 利用圖像編輯 功能逐圖 進(jìn)行修改 ，如圖 所示。在掃描電壓 120KV，電流 200mA，掃描層厚 1 mm，掃描層數(shù) 200 層，得到連續(xù)橫斷面圖像以及矢截面圖像，并將掃描的數(shù)據(jù) 存儲為 DICOM 格式。s interactive medical image control system 是一個圖像處理工具用來連接二維圖像數(shù)據(jù)（ CT， MRI，工業(yè)掃描數(shù)據(jù)等）和三維工程學(xué)應(yīng)用的。進(jìn)行一系列的預(yù)處理（簡化、三角化、去除噪音等）；由于測量模型常由多個表面構(gòu)成，因而還需對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，再進(jìn)行表面模型的擬合，最后倒入 CAD 進(jìn)行產(chǎn)品模型的重構(gòu)，如圖 所示。 ⑷ 小變形假設(shè)。 天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 10 本章介紹了人體 股骨、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié) 的 解剖 結(jié)構(gòu)及其 生物力學(xué)特征；股骨干骨折的類型，骨折愈合的主要生物力學(xué)因素、伍爾夫定律等，是后續(xù)的有限元分析設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 。 股骨干骨折可分為 A、 B、 C三類 ，各類又分為 3三個亞型 ,如圖 。股骨下 1/3骨折時，由于血管位于股骨折的后方，而且骨折遠(yuǎn)斷端常向后成角，故易刺傷該處的腘動、靜脈。這種 結(jié)構(gòu)特征是人類直立步行，重力通過髖關(guān)節(jié)傳遞等機(jī)能的反映。 膝關(guān)節(jié)在屈曲位時 ， 還可以做內(nèi)旋 、 外旋運(yùn)動 。另外，藉由位于關(guān)節(jié)前后肌肉群的拉動，讓關(guān)節(jié)可以彎曲及伸直。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。大、小轉(zhuǎn)子間，前有轉(zhuǎn)子間線，后有轉(zhuǎn)子間嵴相連。 股骨的解剖結(jié)構(gòu) 人體中最大的長管狀骨是股骨分為一體兩端 ，如圖 。 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，天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 5 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)。利用 ANSYS 有限元分析軟件進(jìn)行分析。劉獻(xiàn)祥等通過有限元法對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。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的限制 , 當(dāng)時進(jìn)行此類分析需要大量的人力物力。 天津理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 3 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。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。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)，半個世紀(jì)以來隨著內(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。骨是骨膠原纖維和無機(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 機(jī)晶體使骨強(qiáng)度大大提高。目 錄 第一章 緒論 .............................................................. 2 1． 1 引言 .................................................................... 1 骨折內(nèi)固定接骨板的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ......................................... 1 國外研究現(xiàn)狀 ......................................................... 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ......................................................... 2 骨生物力學(xué)有限元仿真的研究現(xiàn)狀 ........................................... 2 國外研究現(xiàn)狀 ......................................................... 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ......................................................... 3 骨生物力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ....................................... 3 骨生物力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)的國外研究現(xiàn)狀 ..................................... 3 骨生物力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ..................................... 4 論文的研究目的、內(nèi)容及章節(jié)安排 ........................................... 4 研究目的 ............................................................. 4 研究內(nèi)容 ............................................................. 4 章節(jié)安排 ............................................................. 4 本章小結(jié) ................................................................. 5 第二章 股骨及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)的簡介 ..................................6 股骨的解剖結(jié)構(gòu) ........................................................... 6 股骨的附屬結(jié)構(gòu) ........................................................... 7 膝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)分析 ................................................. 7 髖關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)分析 ................................................. 8 股骨干骨折類型 ........................................................... 8 骨折愈合機(jī)制 ............................................................. 9 本章小結(jié) ................................................................. 9 第三章 股骨干骨折系統(tǒng)模型建立及有限元分析 ........................ 11 有限元分析的前提 ........................................................ 11 股骨三維模型的建立 ...................................................... 11 反求工程的概念 ...................................................... 11 股骨模型的建立 ...................................................... 13 鈦合金接骨板、骨釘模型的建立及與股骨的裝配 .......................... 17 在 ANSYS 軟件內(nèi)建立股骨骨折系統(tǒng)模型 .................................. 17 內(nèi)固定接骨板系統(tǒng)的有限元分析 ............................................ 18 定義單元類型和材料屬性 .............................................. 18 劃分網(wǎng)格 ............................................................ 19 加載方式 ............................................................ 21 計(jì)算求解 ............................................................ 21 后處理 ...................................