本文關(guān)鍵詞：人工髖關(guān)節(jié)力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《廣西工學(xué)院》 2012年

人工髖關(guān)節(jié)力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計

朱慧  

【摘要】：當(dāng)人體髖關(guān)節(jié)活動明顯受限時，醫(yī)生通常采用人工髖關(guān)節(jié)對患者髖關(guān)節(jié)進行置換。只有置換適合個體的人工髖關(guān)節(jié)，才能幫助患者減緩病情，恢復(fù)髖關(guān)節(jié)的基本功能。為了設(shè)計出最佳的人工髖關(guān)節(jié)產(chǎn)品，本文采用建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的方式，獲得人工髖關(guān)節(jié)的設(shè)計參數(shù)。 首先，參考人工髖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性，重點考慮股骨頭與髖臼之間的應(yīng)力分布情況，將人工髖關(guān)節(jié)實際產(chǎn)品簡化，建立有限元分析模型。再結(jié)合人工髖關(guān)節(jié)的力學(xué)模型對人工髖關(guān)節(jié)有限元模型施加載荷，利用ANSYS軟件進行靜力分析，獲得人工髖關(guān)節(jié)的最大等效應(yīng)力分布在髖臼假體內(nèi)側(cè)邊緣，其最大值為40.603MPa。然后，對人工髖關(guān)節(jié)有限元分析模型進行約束模態(tài)求解，結(jié)果表明髖臼假體內(nèi)側(cè)外緣比較薄弱，，設(shè)計時需考慮增加髖臼假體厚度，或選擇合適的假體材料增加其耐磨性。其次，分析人工髖關(guān)節(jié)各幾何尺寸之間的相互關(guān)系和人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中安放位置要求，將人工髖關(guān)節(jié)有限元模型的靜力分析過程，重新以參數(shù)化建模的方式求解，利用參數(shù)化設(shè)計語言APDL建立.log文件。選取髖臼假體展角、前傾角、股骨頸干角的補角、股骨頸長度、股骨頭半徑、股骨頭與髖臼內(nèi)襯之間的距離、髖臼假體厚度等幾何尺寸為設(shè)計變量；人工髖關(guān)節(jié)置換后的屈曲、伸展、外旋、內(nèi)旋、外展和內(nèi)收角度，以及股骨頸偏置距設(shè)置為狀態(tài)變量；以降低綜合應(yīng)力為目標(biāo)建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；再調(diào)用ANSYS中的優(yōu)化器中一階方法迭代求解，獲得人工髖關(guān)節(jié)的最佳設(shè)計的參數(shù)。最后，基于赫茲彈性理論結(jié)合ANSYS中設(shè)計變量和狀態(tài)變量，建立MATLAB中優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，選用MATLAB優(yōu)化工具箱中的FMINCON優(yōu)化方法進行迭代求解。并將求解結(jié)果與ANSYS中優(yōu)化結(jié)果進行比較，最終確定人工髖關(guān)節(jié)的最佳設(shè)計參數(shù)為髖臼假體展角度為50°；髖臼假體前傾角度為8°；股骨頸干角為58°；股骨頸長度為31mm；股骨頭半徑為15mm；股骨頭與髖臼內(nèi)襯之間的距離為0.1mm；髖臼假體厚度10mm；求得綜合應(yīng)力為22.676MPa，相對原人工髖關(guān)節(jié)模型所求得的值降低約40%。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：廣西工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH789
【目錄】：

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張翹;外柄式人工髖關(guān)節(jié)假體的生物力學(xué)研究[D];吉林大學(xué);2004年

2 杜心如;股骨上段髓腔幾何形態(tài)學(xué)研究[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進修學(xué)院;2004年

3 吳競萍;人工髖關(guān)節(jié)磨粒特征及磨損機理研究[D];武漢理工大學(xué);2013年

4 陸晴友;人工髖關(guān)節(jié)優(yōu)選專家系統(tǒng)的初步研制[D];第二軍醫(yī)大學(xué);2005年

5 姜海波;人體下肢關(guān)節(jié)系統(tǒng)的生物力學(xué)行為研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2008年

6 賈育松;中藥淫羊藿苷預(yù)防人工髖關(guān)節(jié)無菌性松動實驗研究[D];成都中醫(yī)藥大學(xué);2008年

7 黃傳輝;人工髖關(guān)節(jié)的磨損行為及磨粒形態(tài)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2004年

8 吳嘯波;髖臼后柱部位骨折基礎(chǔ)與臨床相關(guān)研究[D];河北醫(yī)科大學(xué);2010年

9 宋朝暉;髖臼骨折對髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)行為的影響及相關(guān)研究[D];河北醫(yī)科大學(xué);2004年

10 吳浩波;經(jīng)髖臼螺釘固定髖臼假體的改良釘?shù)绤?shù)、力學(xué)價值、臨床分析[D];浙江大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊默笛;人工髖關(guān)節(jié)翻修18例隨訪分析[D];吉林大學(xué);2012年

2 劉志紅;國產(chǎn)試驗人工髖關(guān)節(jié)（鉆石非骨水泥人工髖關(guān)節(jié)）置換術(shù)后臨床觀察[D];山東中醫(yī)藥大學(xué);2013年

3 程倩;金屬對金屬人工髖關(guān)節(jié)邊緣接觸效應(yīng)[D];武漢科技大學(xué);2011年

4 周磊;人工髖關(guān)節(jié)翻修病例隨訪分析（附20例病例）[D];吉林大學(xué);2013年

5 胡錚銘;金屬對金屬人工髖關(guān)節(jié)的動態(tài)接觸及磨損預(yù)測[D];武漢科技大學(xué);2011年

6 劉克貴;310例人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)療效分析[D];山東大學(xué);2005年

7 曾霞光;磁懸浮人工髖關(guān)節(jié)設(shè)計及其磁力研究[D];南昌大學(xué);2010年

8 翟利鋒;人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后翻修19例分析[D];浙江大學(xué);2006年

9 林劍波;34例人工髖關(guān)節(jié)翻修的原因分析及處理[D];福建醫(yī)科大學(xué);2010年

10 王江喬;髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后應(yīng)力場模擬初探[D];浙江大學(xué);2005年

  本文關(guān)鍵詞：人工髖關(guān)節(jié)力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：172268