体绘制分体方法建立人肱骨三维有限元模型及其应力分析

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1、江苏大学硕士学位论文体绘制分体方法建立人肱骨三维有限元模型及其应力分析姓名：钟务学申请学位级别：硕士专业：外科学指导教师：朱建民20120524江苏大学硕士学位论文中文摘要目的：采用体绘制分体建模方法建立正常人股骨三维有限元实体模型，并通过对所建实体模型施加力学载荷得出股骨应力应变分布情况。与既往采用股骨整体建模方法及直接股骨力学实验所得的应力应变分布情况进行比较，评估体绘制分体建模方法的优越性。方法：将CT原始图像进行去除噪声污染等预处理后，利用Mimics和Ansys软件，采用体绘制分体建模方法建立正常人股骨三维有限元模型，模型包括皮质骨、

2、松质骨及髓腔三部分解剖结构。在赋予股骨材质属性时充分考虑材料的均一性及连续性规律，选用10种材料表示整体材料属性，其中将皮质骨分3种材料、松质骨划分为6种材料，骨髓为单一材料属性。建模完成后，模拟人体正常站立位时股骨所受载荷情况，获得股骨应力应变分布情况并与整体建模均匀划分10种材料及整体建模单一划分材料所得的应力应变分布情况进行比较。结果：采用体绘制方法建立的人股骨三维有限元模型，模型包括皮质骨、松质骨及髓腔解剖结构，网格化后共生成168780个节点，l18792个实体单元：模拟载荷显示股骨压应力区域主要集中在股骨内侧、尤其是股骨距部位，张应

3、力主要集中于股骨颈外侧、股骨干外侧。结论：体绘制方法可以建立高仿真、接近股骨解剖结构股骨三维有限元模型实体模型，可以探索股骨的内部结构，展现其内部细节，模拟股骨生物力学分布。关键词：股骨：分体建模；有限元：力学分布：生物力学．江苏大学硕士学位论文AbstractObjective：Toestablishthe3-Dfiniteelementsolidmodelofhumanfemurbyvolumerenderingmethod，andassessthefeasibilityofthethismethodbycomparingthepastfe

4、morabiomechanicalexperimentswiththedistributionofstressinfemurwhichgetfromthemechanicalloadoffemoralsimulatedbyestablishedphysicalmodels．Methods：CTImagesispreprocessedbyimagesdenoisingandothermethodsprepared，uti1izingsoftwaresMimicsandAnsys，the3-Dfiniteelementsolidmodelofhum

5、anfemuriscreatedbyvolumerenderinginpartial．fullyconsideringthefemoraluniformityandcontinuityofthematerialwhenbestowingthefemuronthematerialattributes，whichcorticalboneisdividedintothreekindsofmaterial，cancellousboneisdividedintosixkindsofmaterials，bonemarrowisdividedintoasin

6、glematerialproperties．Afterestablishingthethreedimensionalfiniteelementmodelofthefemur，byapplyingindividuallycalculatedforcetostipulateasconditionsinstaticsituation，weanalyzedthestressandstraindistributionforthefemur．Results：The3-Dfiniteelementsolidmodelofhumanfemur，江苏大学硕士学位

7、论文includingcorticalbone．cancellousboneandanatomicalStructureofcavity，and，thereare168780nodesandl18792elementsgeneraedintotalaftermeshing．FromtheresultofSimulationoftheloadingconditions，wefoundthatthecompressivestressoffemurprimarilyconcentratedintheinnersideoffemur，especiall

8、ythecalcarfemorale，andthetensilestressoffemurmainlyconcentratedintheoutside