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摘要:背景:目前带锁髓内钉成为治疗四肢骨折的主要方法之一,但是常见的带锁髓内钉多为静力型带锁髓内钉,会出现断钉、退钉等现象,这些都跟带锁髓内钉中的锁钉强度有关,因而课题组设计了一种新型棒槌形高螺纹锁钉,并研究其力学特性.目的:测量棒槌形高螺纹锁钉的抗弯曲强度,分析其应力分布状况,对其生物力学性能进行测评,为其临床应用提供理论依据.方法:通过三点弯曲力学实验测量棒槌形高螺纹锁钉与通用锁钉的抗弯曲强度,运用有限元法模拟胫骨中段横行骨折,分析2种不同锁钉在胫骨骨折中的受力及应力分布情况.结果与结论:①三点弯曲实验中,棒槌形高螺纹锁钉在跨距20 mm和30 mm时的平均最大载荷分别为3.52 kN和1.81 kN,均比通用锁钉承受的载荷大;②有限元分析中,棒槌形高螺纹锁钉的平均最大位移与平均最大应力值均比通用锁钉小,且应力相对较分散;③使用棒槌形高螺纹锁钉的带锁髓内钉模型的平均最大应力值和最大轴向位移分别为131 MPa和3.27 mm,而使用通用锁钉的带锁髓内钉模型分别为162 MPa和4.07 mm;棒槌形高螺纹锁钉的平均最大应力值和最大轴向位移分别为26.5 MPa和0.323 mm,通用锁钉分别为34.3 MPa和0.407 mm;④结果表明,棒槌形高螺纹锁钉的抗弯曲强度较高,能够使应力相对分散,提高其抗疲劳强度,锁钉不易发生疲劳断裂....
[硕士论文] 夏关平
机械工程 天津理工大学 2017(学位年度)
摘要:平常在治疗骨折中,常见带锁髓内钉都是静力型带锁髓内钉,而锁钉是非常重要的组成部分。锁钉存在疲劳断钉的缺陷,这种情况不利于骨折愈合,需要再次手术,增加患者痛苦。随着有限元技术应用范围广泛,在医学上已经得到大量应用,为此,设计了一种新的锁钉后利用有限元技术,研究其疲劳特性。主要研究内容如下:
  阐述髓内钉的研究现状,探究髓内钉、锁钉研究中目前出现的问题,提出课题的意义与目的,并确定研究思路。
  根据材料力学理论,得出设计成高螺纹棒槌形锁钉结构形状依据,分析结构设计的合理性。螺纹结构设计成高螺纹后,螺纹优势在哪些地方。
  通过CT扫描得到胫骨三维模型图像,用Mimics、Geomagic Studio处理得到胫骨三维模型。根据选用型号的参数,在Pro/E中分别画出髓内钉、锁钉结构,再将胫骨同它们装配在一起得到对应的结构模型。
  按照 ANSYS Workbench分析的流程,利用静力学结构分析方法,在 ANSYS Workbench分析两种胫骨模型、两种髓内钉模型、两种锁钉模型的详细静力分析过程。静力学分析结果表明,在同样的条件下,与普通锁钉相比较棒槌形锁钉应力不易集中、位移变形小。
  参考疲劳分析的基本理论,nCode疲劳分析特点,确定疲劳分析方法及流程。根据前文ANSYS Workbench静力学分析的结果,在nCode中分析两种髓内钉模型、两种锁钉模型。得出疲劳分析结果表明,在同样的条件下,与普通锁钉相比较棒槌形锁钉疲劳寿命长,抗疲劳性好。
  对比分析疲劳仿真与疲劳力学试验结果。结果表明,疲劳寿命值非常接近,变化趋势一致。综合分析高螺纹的优势,得出棒槌形高螺纹锁钉比普通螺纹锁钉抗疲劳性强。
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