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[有限元分析] 好书推荐《滑槽钉生长棒内固定系统的三维有限元分析》

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dsadsadsasd 发表于 2019-4-1 11:21:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
dsadsadsasd
2019-4-1 11:21:00 3220 0 看全部
  滑槽钉生长棒内固定系统的三维有限元分析

  王文军 晏怡果 薛静波

  南华大学附属第一医院脊柱外科 湖南衡阳 421001

  目的:建立 L3-L5 有效的三维有限元模型,研究滑槽钉内固定系统生物力学及设计的合理性。

  方法:在 CT 扫描的基础上利用逆向工程软件 Mimics,Solidworks,PATRAN 建立了正常人的腰椎(L3~L5)有限元模型,验证其有效性;然后在 Solidworks 下建立滑槽钉及锁定钉内固定系统的几何模型,并对腰椎模型模拟手术过程装配滑槽钉及锁定钉内固定系统;将装配滑槽钉及锁定钉内固定系统的腰椎几何模型导入到 PATRAN下,进行网格划分,建立有限元网格模型,根据 CT 的灰度值和内固定的材料属性对模型进行赋值导入 PATRAN 中得到最终有限元模型,对模型施加 500N 的轴向压缩及15N?m 力矩的预载荷,使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动,在 NASTRAN 软件下完成四种工况下滑槽钉及锁定钉内固定系统内部应力分布及大小情况的计算及分析,在 Hyperview 软件下显示有限元分析的结果;并计算四种工况下运动转角度及位移,将所建立的有限元模型结果进行比较分析,评价其生物力学性能。

  结果:

  1、成功建立了腰椎(L3-L5)的三维有限元模型与文献报道无明显差别,装配的滑槽钉内固定系统的腰椎三维有限元模型,其运动转角度及位移与传统锁定钉内固定系统三维有限元模型结果有一定的差异。

  2、在模拟受压的不同工况下,所研制的滑槽钉组内固定系统在前屈、后伸时较锁定组所受应力值明显增大;旋转时所受应力值明显减少;其滑槽钉组内固定系统的螺钉-腰椎骨界面应力值在各种工况下均有不同程度的增大。滑槽钉内固定系统钛棒、螺钉受到最大应力值为 577.8 Mpa,钛合金极限强度在 785-1100Mpa,螺钉-腰椎骨界面受到的最大应力 13.42 Mpa,正常椎弓根所能承受的最大应力值为 500 Mpa。

  结论:

  1、建立有效的 L3-L5 有效的三维有限元模型

  2、滑槽钉内固定系统与锁定钉内固定系统相比具有更好的活动范围,滑槽钉内固定系统钛棒、螺钉及螺钉-腰椎骨界面所受的最大应力值均小于其极限强度,滑槽钉内固定系统具有较好的生物力学特性。

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