本文關(guān)鍵詞：全膝關(guān)節(jié)力學(xué)行為的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《天津理工大學(xué)》 2015年

全膝關(guān)節(jié)力學(xué)行為的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究

張秋月  

【摘要】：膝關(guān)節(jié)處在人體髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)之間,是下肢活動(dòng)的主要關(guān)節(jié)。膝關(guān)節(jié)的發(fā)病率隨著年齡的增長(zhǎng)不斷提高�，F(xiàn)在骨關(guān)節(jié)病開始呈低齡化趨勢(shì),在將來會(huì)有更多的人受到關(guān)節(jié)病的困惱。骨關(guān)節(jié)病不僅影響人們的運(yùn)動(dòng)和生活質(zhì)量而且在一定程度上威脅到高齡患者的生命。研究膝關(guān)節(jié)的力學(xué)特性對(duì)于預(yù)防和治療關(guān)節(jié)病以及膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)性損傷都有重要的指導(dǎo)意義。本文基于膝關(guān)節(jié)CT掃描數(shù)據(jù)結(jié)合,三維重建軟件Mimics、逆向工程軟件Geomagic Studio以及有限元軟件ABAQUS,重建出包括完整脛骨、股骨、髕骨、腓骨、半月板、關(guān)節(jié)軟骨以及主要關(guān)節(jié)韌帶在內(nèi)的全膝關(guān)節(jié)三維有限元模型。利用本文所建立的膝關(guān)節(jié)模型,計(jì)算并分析了生理載荷下膝關(guān)節(jié)的力學(xué)特性以及不同彎曲角度對(duì)膝關(guān)節(jié)力學(xué)行為的影響。結(jié)果顯示,內(nèi)側(cè)軟骨和內(nèi)側(cè)半月板所受應(yīng)力大于外側(cè);半月板內(nèi)緣受力大于外緣受力,內(nèi)緣容易被磨損。膝關(guān)節(jié)中半月板磨損或缺失會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力分布不均,造成關(guān)節(jié)疾病的惡化。隨著載荷的增加,關(guān)節(jié)軟骨和半月板的應(yīng)力隨之增加。膝關(guān)節(jié)從0°到90°的彎曲過程中,隨著彎曲角度的增加,軟骨和半月板上的應(yīng)力隨之增加。0°時(shí)所受應(yīng)力最小,90°時(shí)所受應(yīng)力最大。膝關(guān)節(jié)從0°彎曲到40°時(shí),軟骨和半月板的最大應(yīng)力均出現(xiàn)在內(nèi)側(cè),從40°到90°的彎曲過程中,軟骨和半月板上的最大應(yīng)力位置由內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移到外側(cè)。在整個(gè)彎曲過程中,應(yīng)力值從大到小的順序依次為,半月板,脛骨軟骨和股骨軟骨。通過有無(wú)韌帶模型的比較發(fā)現(xiàn)包括韌帶的模型保證了膝關(guān)節(jié)在冠狀面、矢狀面以及橫斷面內(nèi)的自由度,使模型與真實(shí)膝關(guān)節(jié)更為接近。為了驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果,作者制作了人工股骨,脛骨,腓骨和髕骨組合模型,對(duì)應(yīng)人工骨結(jié)構(gòu)建立人工骨有限元模型,進(jìn)行壓縮加載分析,得到關(guān)節(jié)應(yīng)變分布規(guī)律;針對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),采用電測(cè)方法進(jìn)行人工骨膝關(guān)節(jié)壓縮實(shí)驗(yàn),得到人工骨膝關(guān)節(jié)應(yīng)變的變化規(guī)律。將電測(cè)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變結(jié)果與數(shù)值模擬的應(yīng)變結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,解釋膝關(guān)節(jié)在壓縮載荷下的應(yīng)變變化規(guī)律,說明數(shù)值模擬的有效性和適用性,同時(shí)可以證明本文建立膝關(guān)節(jié)方法的可行性。本文從數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)角度對(duì)膝關(guān)節(jié)力學(xué)行為進(jìn)行研究,對(duì)提高人們保護(hù)膝關(guān)節(jié)的意識(shí)、減少關(guān)節(jié)損傷以及生物器械、假體的設(shè)計(jì)優(yōu)化都有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R684.3;R318.01
【目錄】：

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4 牛輝;同期雙膝關(guān)節(jié)置換與分期雙膝關(guān)節(jié)置換安全性及有效性對(duì)比[D];鄭州大學(xué);2013年

5 彭高峰;全膝初次單側(cè)表面置換與雙側(cè)同時(shí)置換術(shù)后并發(fā)癥分析[D];新疆醫(yī)科大學(xué);2011年

6 魏昌偉;加溫輸血輸液對(duì)老年膝關(guān)節(jié)置換圍術(shù)期腦氧代謝及認(rèn)知恢復(fù)的影響[D];寧夏醫(yī)科大學(xué);2014年

7 劉冰;中日聯(lián)誼醫(yī)院骨科人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)18年回顧分析[D];延邊大學(xué);2011年

8 王甫國(guó);髁限制性假體在膝關(guān)節(jié)置換中的近期臨床療效[D];吉林大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：全膝關(guān)節(jié)力學(xué)行為的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：207283