目的運用工程力學軟件Hypermesh與LS-DYNA對股骨有限元模型進行斷裂力學分析,仿真股骨干中上1/3骨折的移位情況并與真實的進行對照。方法選取1例股骨干中上1/3骨折患者的健側股骨影像學CT資料導入Mimics軟件,通過區(qū)域增長、編輯籠罩、光滑包裹重建股骨健側的三維有限元模型,將股骨模型在Hypermesh中進行有限元網(wǎng)格劃分、定義材料屬性、設定邊界條件,加載受力曲線與作用點等前處理,生成的K文件導入求解器LS-DYNA中運算。結果股骨干骨折且骨折近端呈屈曲、外展、外旋移位,骨折遠端向內(nèi)側移位呈現(xiàn)短縮畸形,且節(jié)點位移圖中可見斷端隨著外旋、內(nèi)收肌的不斷牽拉,位移呈線性增加,X軸正向為骨折近端有限元節(jié)點位移,X軸負向為骨折遠端節(jié)點位移,可以看出骨折遠端較骨折近端位移大;同時,在Von Mises云圖上股骨頸以及股骨轉子間周圍出現(xiàn)應力集中,與臨床上股骨干骨折合并股骨轉子間或股骨頸骨折高度一致。結論基于Hypermesh/LS-DYNA的斷裂力學分析原理可以很好地應用在創(chuàng)傷骨科領域。 

【文章來源】：廣東醫(yī)學. 2017,38(16)北大核心

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

股骨干中上1/3骨折的移位

2結果2．1動態(tài)斷裂過程顯示結果股骨干骨折近端呈屈曲、外展、外旋移位，骨折遠端向內(nèi)側移位呈現(xiàn)短縮畸形，與患者股骨正側位片對比具有高度仿真性，見圖1。A:正面視圖;B:背面視圖圖1股骨干中上1/3骨折的移位2．2VonMises云圖顯示結果股骨頸以及股骨轉子間周圍紅色云圖表示應力集中，可以很好地解釋股骨干骨折合并股骨頸或者股骨轉子間骨折的可能。見圖2。云圖上的顏色由藍到紅表示應力越集中圖2VonMises云圖2．3節(jié)點位移圖斷端隨著外旋、內(nèi)收肌的不斷牽拉，位移呈線性增加，X軸正向為骨折近端有限元節(jié)點位移，X軸負向為骨折遠端節(jié)點位移，可以看出骨折遠端較骨折近端位移大，見圖3。3討論斷裂力學是工程力學的新興學科，它的出現(xiàn)拋棄了物體的連續(xù)性假設，而從物體中含有裂紋出發(fā)，以彈性力學和塑性力學為理論基礎，確定含裂紋體的應力嘗位移場分布，據(jù)此找出決定位移拓展的物理量即失效準則，更加貼近物體材料的動態(tài)失衡［8］。在工程學得到廣泛的運用，主要集中在材料圖3斷端節(jié)點在X軸方向上的位移選擇、斷裂事故的分析、抗斷裂安全分析等損傷－斷裂領域［9－11］。斷裂行為是指某種材料遇到失效準則后發(fā)生的斷裂事件。在工程力學中常用有限元分析計算裂紋是否擴展、擴展速率、是否斷裂、何時斷裂等問題，從而量化材料的損傷參數(shù)［12］。Hypermesh作為具有強大的有限元網(wǎng)格前處理和后處理功能的軟件，其劃分網(wǎng)格速度快、適應性好，處理數(shù)據(jù)得心應手［13］，可大大提高運算效率。LS－DYNA軟件是世界上最著名的通用顯式動力分析程序，能夠模擬真實世界的各種復雜問題，特別適合求解各種非線性結構的非線性動力沖擊問題。目前LS－DYNA軟件在汽車碰撞、動力分析、跌落試驗等領域應用廣泛［14－16］

位，骨折遠端向內(nèi)側移位呈現(xiàn)短縮畸形，與患者股骨正側位片對比具有高度仿真性，見圖1。A:正面視圖;B:背面視圖圖1股骨干中上1/3骨折的移位2．2VonMises云圖顯示結果股骨頸以及股骨轉子間周圍紅色云圖表示應力集中，可以很好地解釋股骨干骨折合并股骨頸或者股骨轉子間骨折的可能。見圖2。云圖上的顏色由藍到紅表示應力越集中圖2VonMises云圖2．3節(jié)點位移圖斷端隨著外旋、內(nèi)收肌的不斷牽拉，位移呈線性增加，X軸正向為骨折近端有限元節(jié)點位移，X軸負向為骨折遠端節(jié)點位移，可以看出骨折遠端較骨折近端位移大，見圖3。3討論斷裂力學是工程力學的新興學科，它的出現(xiàn)拋棄了物體的連續(xù)性假設，而從物體中含有裂紋出發(fā)，以彈性力學和塑性力學為理論基礎，確定含裂紋體的應力嘗位移場分布，據(jù)此找出決定位移拓展的物理量即失效準則，更加貼近物體材料的動態(tài)失衡［8］。在工程學得到廣泛的運用，主要集中在材料圖3斷端節(jié)點在X軸方向上的位移選擇、斷裂事故的分析、抗斷裂安全分析等損傷－斷裂領域［9－11］。斷裂行為是指某種材料遇到失效準則后發(fā)生的斷裂事件。在工程力學中常用有限元分析計算裂紋是否擴展、擴展速率、是否斷裂、何時斷裂等問題，從而量化材料的損傷參數(shù)［12］。Hypermesh作為具有強大的有限元網(wǎng)格前處理和后處理功能的軟件，其劃分網(wǎng)格速度快、適應性好，處理數(shù)據(jù)得心應手［13］，可大大提高運算效率。LS－DYNA軟件是世界上最著名的通用顯式動力分析程序，能夠模擬真實世界的各種復雜問題，特別適合求解各種非線性結構的非線性動力沖擊問題。目前LS－DYNA軟件在汽車碰撞、動力分析、跌落試驗等領域應用廣泛［14－16］。股骨干骨折作為一種碰撞暴力的斷裂力學行為，運用強大的Hypermesh

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于LS-DYNA模擬老年股骨頸骨折的有限元分析[J]. 李鵬飛,杜根發(fā),林梓凌,龐智暉,樊粵光,何祥鑫,孫文濤,陳錦倫.  中國組織工程研究. 2016(44)
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[9]基于ANSYS/LS-DYNA的有限元動力分析應用[J]. 楊超,杜來林.  機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2011(01)
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碩士論文
[1]斷裂力學在邊坡穩(wěn)定分析中的應用研究[D]. 薛付霞.重慶交通大學 2014
[2]基于人體生物力學的下肢肌力衰退老年人步態(tài)及肌肉特性研究[D]. 閆相群.河北工業(yè)大學 2014
[3]股骨材料屬性有限元模擬及生物力學分析[D]. 楊海勝.哈爾濱工業(yè)大學 2008



本文編號：3573640