腰椎运动节段三维有限元模型建立及其应力分析

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1、广西大学土木建筑工程学院硕士研究生课程作业（习题）课程有限单元法任课教师黄立新专业、年级固体力学2012级研究生赵文举成绩目录摘要21引言22材料和方法33ABAQUS有限元软件计算分析44结果分析及讨论5参考文献6腰椎运动节段三维有限元模型建立及其应力分析AThree-dimensionalFiniteElementModelforLumbarMotionSegmentandAnalysisofStress赵文举WenjuZhao(广西人学土木建筑工程学院，广西南宁530004)(CollegeofCivila

2、ndArchitecturalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)【摘要】hl的利用三维冇限元分析，研究简单工况条件下腰椎活动节段的应力分布。方法使用ABAUQS6.10有限元分析软件建立L4-5运动节段的三维有限元模型，分析腰椎运动节段在压缩、拉伸作用力下各部结构的应力变化。结果压缩时椎体密质骨、椎弓根、椎弓峡部和后部小关节部平均应力最高；拉伸时小关节出现应力集屮，高于其他部分。结论M用有限元分析能形象模拟腰椎活动节段各种载荷下的M力分析，不同运动

3、条件下，腰椎运动生理节段的应力集中部位不同。IAbstract]ObjectiveToinvestigatethestresschangesoflumbarvertebraeinternalstructureindifferentmovementsbyusingafiniteelementmodel.MethodsThethree-dimensionalfiniteelementmodeloflumbarL4-5motionsegmentwascreatedbyABAQUS6.10finiteelementsof

4、tware.Toanalyzethestresschangeinlumbarmotionsegmentduringdifferentmovementssuchasextensionandlateralbending.ResultsHigherequivalentstresswasfoundwhencompressionloadingswereappliedtothepedideofvertebralarchandinterarticularis.alsothelumbarfacetjointandlumbarco

5、rticalbone;Theconcentratedstresswerefoundedwhenextensionloadingswereappliedtothelumbarfacetjoint.ConclusionsUsingfiniteelementcananalyzethestressdistributioninlumbarmotionsegmentindifferentmovements・Whenlumbarmotionsegmentwereapplieddifferentmovements,theconc

6、entratedstresswouldappearindifferentlumbarstructure・【关键词】有限元模型;腰椎运动节段[Keywords】finiteelementmodel;lumbarmotionsegment1引言冇限元(finiteelement)概念于20世纪40年代授早提出，50年代初即被川于结构设计，H前已广泛应用于工程技术各领域。其基本原理是把一个有无限个质点构成并几有无限个口由度的连续体划分为冇限个小单元体组成的集合体，此过程称为冇限元模型的离散化。用这种离散化的有限单元模型

7、代替原有物体，根据其几何材料特性及受力条件血釆用不同的单元种类，单元间有节点相连，力则通过结点传递。运动节段(motionsegment)是最基本的脊柱功能单位(functionspinalunit,FSU),町呈现脊柱一般的生物力学特性。一个运动节段由相邻的两个椎体，二者Z间的椎间盘，多条韧带和小关节组成。活动节段是能够显示与整个脊柱相似的生物学特性的基本功能单位。人体腰椎的生理运动节段，是腰椎生理运动的基木单位，也是病理条件下的重要研究对彖。木实验取正常人体L4-5活动节段为研究对象，用ABAQUS有限元软件

8、來建立模型，并模拟简单工况作川卜•腰椎运动节段各部的应力变化情况，以模拟不同运动方向对人体腰椎运动节段的力学影响。2材料和方法选収1名健康的男青年志愿者（知情同意）L4-5活动节段为研究对象，先行X线检査排除此节段表而有外伤或退变所造成的粗糙病理改变，用螺旋CT对该节段进行层厚2mm的连续扫描，然示通过数码相机将图像资料输入计算机，然示由打卬机打卬输出图形文件。在打卬出的