本文關(guān)鍵詞：基于反求技術(shù)的人工膝關(guān)節(jié)模具設(shè)計(jì)及力學(xué)分析

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【摘要】：人工膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)與制造涉及到多個(gè)學(xué)科，需要將多個(gè)學(xué)科的知識(shí)結(jié)合起來(lái)，屬于多學(xué)科研究的范疇�，F(xiàn)今，國(guó)內(nèi)的人工關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)和制造水平和國(guó)外相比還存在著很大的差別，而從國(guó)外進(jìn)口的人工關(guān)節(jié)一般都是按照歐美國(guó)家人體關(guān)節(jié)的尺寸范圍設(shè)計(jì)。甚至在某些情況，與國(guó)內(nèi)患者需要替換的關(guān)節(jié)尺寸不符，而國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的假體，由于缺少大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，設(shè)計(jì)過(guò)程中難以和實(shí)際環(huán)境結(jié)合，易縮短人工關(guān)節(jié)的使用壽命。本文從人工關(guān)節(jié)的模型還原、假體測(cè)量設(shè)計(jì)、假體模具設(shè)計(jì)、模擬關(guān)節(jié)置換后的受力分析等幾個(gè)方面進(jìn)行研究分析。 1.對(duì)CT圖像進(jìn)行反求，生成人體膝關(guān)節(jié)的三維模型。通過(guò)對(duì)模型的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測(cè)量，最終確定的模擬彎曲曲線的4段圓弧半徑分別為，R1=10mm，R2=34.5mm，R3=30mm，，R4=20mm。切割偏移尺寸T1=5mm，T2=10mm，T3=5mm，前視圖圓弧半徑為25mm。確定脛骨平臺(tái)厚度為3mm，人工半月板厚度為8mm，最終完成模型的設(shè)計(jì)。 2.通過(guò)Moldflow軟件對(duì)人工半月板進(jìn)行了模流分析，獲得了填充時(shí)間為3.118s，確定了半月板側(cè)邊為澆注入口，設(shè)置了4組冷卻管，距模型上下表面15mm，管間距30mm，管徑8mm。經(jīng)過(guò)分析，當(dāng)入水溫度為25℃時(shí)，出水口溫度為25.33℃。最大填充壓力為30.18MPa，發(fā)生在3.086s；最大鎖模力為9.44t，發(fā)生在4.143s；根據(jù)制件頂出結(jié)果可知填充、冷卻、保壓的總時(shí)間為44.17s。根據(jù)模型確定模仁尺寸為120×90×50mm，選取模架型號(hào)為FUTABA_S型，模架尺寸200×300mm，選定注塑機(jī)型號(hào)為SZA-YY60，校核注塑機(jī)及模架，滿足要求。 3.對(duì)人工膝關(guān)節(jié)進(jìn)行了單腳直立狀況的有限元靜力分析，利用耦合的方式，對(duì)股骨與人工半月板的裝配進(jìn)行定義。利用簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，求解出施加到股骨上的集中力大小為652.13N，并將此力施加于股骨上表面。經(jīng)計(jì)算得知，整體模型最大應(yīng)力值為7.753MPa，發(fā)生在股骨滑面與股骨接合部位。人工半月板最大應(yīng)力值為0.42098MPa，其值小于超高分子聚乙烯的最小抗拉強(qiáng)度50MPa，滿足材料強(qiáng)度要求。
【關(guān)鍵詞】：膝關(guān)節(jié) 有限元分析 反求 模具設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TG76;R318.17
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)10-14
• 1.2.1 人工關(guān)節(jié)置換術(shù)10-11
• 1.2.2 斷層掃描技術(shù)11-12
• 1.2.3 有限元仿真在生物力學(xué)研究中的應(yīng)用12-14
• 1.3 人工膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)研究的目的和意義14-16
• 1.3.1 研究目的15-16
• 1.3.2 研究意義16
• 1.4 研究的主要內(nèi)容及方法16-17
• 1.4.1 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題16
• 1.4.2 研究途徑與方法16-17
• 第二章 膝關(guān)節(jié)的反求建模與人工膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17-34
• 2.1 Mimics 軟件介紹17-18
• 2.2 CT 圖像的采集及預(yù)處理18-24
• 2.2.1 采集條件18
• 2.2.2 CT 圖像的預(yù)處理18-24
• 2.3 人工膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-33
• 2.3.1 膝關(guān)節(jié)模型的反求設(shè)計(jì)24-27
• 2.3.2 基于 UG 軟件的人工膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 人工半月板的模具設(shè)計(jì)34-55
• 3.1 注射模具分類(lèi)與結(jié)構(gòu)34-36
• 3.1.1 注射模具分類(lèi)34-35
• 3.1.2 典型結(jié)構(gòu)35-36
• 3.2 基于 Moldflow 的人工半月板模流分析36-47
• 3.2.1 澆口位置分析36-38
• 3.2.2 填充分析38-41
• 3.2.3 冷卻分析41-42
• 3.2.4 翹曲分析42-43
• 3.2.5 查看分析日志43-47
• 3.3 基于 UG 軟件的人工半月板模具設(shè)計(jì)47-54
• 3.3.1 注塑設(shè)備的選擇及參數(shù)校核47-51
• 3.3.2 分型面的選擇51-52
• 3.3.3 澆注與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)52-53
• 3.3.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第四章 人工膝關(guān)節(jié)受力有限元分析55-66
• 4.1 有限元的基本理論概述55-56
• 4.1.1 有限元法的基本介紹55-56
• 4.1.2 有限元分析法的假設(shè)56
• 4.2 膝關(guān)節(jié)受力仿真分析56-65
• 4.2.1 膝關(guān)節(jié)有限元模型56-57
• 4.2.2 基于 workbench 的膝關(guān)節(jié)有限元分析57-65
• 4.3 本章小結(jié)65-66
• 第五章 結(jié)論與展望66-68
• 5.1 工作總結(jié)66
• 5.2 研究展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 附：攻讀碩士期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71-72
• 致謝72-73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1038853