股骨干骨折系统模型建立及有限元分析-生物力学毕业论文

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1、目录第一章绪论11．1引言11.2骨折内固定接骨板的国内外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状21.3骨生物力学有限元仿真的研究现状21.3.1国外研究现状21.3.2国内研究现状31.4骨生物力学性能实验的国内外研究现状31.4.1骨生物力学性能实验的国外研究现状31.4.2骨生物力学性能实验的国内研究现状41.5论文的研究目的、内容及章节安排41.5.1研究目的41.5.2研究内容41.5.3章节安排41.6本章小结5第二章股骨及相关附属结构的简介62.1股骨的解剖结构62.2股骨的附属结构72.2.1膝

2、关节的解剖结构分析72.2.2髋关节的解剖结构分析82.3股骨干骨折类型82.4骨折愈合机制92.5本章小结9第三章股骨干骨折系统模型建立及有限元分析113.1有限元分析的前提113.2股骨三维模型的建立113.2.1反求工程的概念113.2.2股骨模型的建立133.2.3钛合金接骨板、骨钉模型的建立及与股骨的装配173.2.4在ANSYS软件内建立股骨骨折系统模型173.3内固定接骨板系统的有限元分析183.3.1定义单元类型和材料属性183.3.2划分网格193.3.4加载方式213.3.5计算求解213.3.6后处理213

3、.3.7有限元分析结果整理293.3.8结果分析303.4本章小结31第四章股骨愈合的力学实验324.1电测法的简介324.1.1电测法的基本概述324.1.2电测法的特点324.2电测法在骨生物力学的应用324.3骨愈合力学实验334.3.1实验设计334.3.2实验数据统计344.4对应有限元分析模型的建立354.5本章小结36第五章股骨有限元分析结果与实验结果的对照375.1实验数据整理375.2实验数据与有限元分析数据的比较385.3本章小结40第六章结论与展望416.1结论416.2展望41参考文献42致谢43第一章绪

4、论1．1引言生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、断裂力学以及应力套方法和先测弹力

5、法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。股骨骨折是属于骨生物力学的一个重要研究课题,骨生物力学也是生物力学的一个重要分支。随着人们对股骨骨折研究工作的不断开展，骨力学性能的探究由最初使用的实验手段逐渐倾向于现代的有限元分析法。这主要是因为实验在人体体内是无法进行的，近年来有限元分析法的飞速发展为进行骨力学探究开辟了一条新的思路。本

6、研究将利用逆向工程技术通过CT扫描的图像，应用MIMICS软件对扫描图像进行处理，建立股骨模型，将股骨模型导入三维CAD软件Pro/E,按照特定基准进行装配，完成股骨内固定系统模型的建立。有限元分析及基于原模型的改进设计，建立股骨近端内固定系统生物动力学模型分析框架，利用ANSYS分析模型受力获取了股骨骨折系统在各种加载条件下，各个部件的应力应变情况。1.2骨折内固定接骨板的国内外研究现状1.2.1国外研究现状1958年由穆勒等15名瑞士外科医生发起成立了内固定研究会，简称ASIF或AO。自AO成立之日起为骨科内固定做出了不可替

7、代的贡献，半个世纪以来随着内固定接骨板技术的发展与普及，现已形成一个从原则、理论、方法到设备和器材的完整体系，成为当今骨折治疗领域中的经典手段之一。AO5学派继承了达尼斯等学者的内固定思想和骨折一期愈合理论，倡导和推进骨折内固定治的疗与研究，提出了著名的AO四原则，包括了坚强内固定、解剖复位、无创外科技术、术后早期无痛活动。这四个原则几乎成为了从事骨科临床治疗工作的医生的应掌握的首要治疗原则。从上个世纪90年代初期，AO学者戈博、帕尔马尔等提出了关于生物学固定的新的概念，不破坏骨的生长发育的正常生理环境。强调骨折治疗要重视骨的生

8、物学特性，也反映出BO新概念的核心。1.2.2国内研究现状在国内，近年来研究内固定接骨板的学者和专家越来越多。一些学者研制了一种锥状点式接触钢板是为了达到减少骨皮质血供受损目的在普通接骨板的底面焊接锥状突起；赵玉峰等设计的复合动力点接触接骨板经过生物力学测试，显