陶瓷髋关节股骨头与臼杯边缘接触的动力学仿真研究

发布时间：2020-08-17 10:53

【摘要】：髋关节置换术是一种减少关节疼痛和恢复髋关节功能的积极有效的外科手术。随着患者数量增多,且趋于年轻化,追求关节在体内的长期使用寿命更加急迫。为此,陶瓷髋关节由于其极佳的生物相容性和耐磨性倍受医师与患者青睐。但由于股骨头与臼杯边缘接触导致的关节高磨损阻碍了其在人体内的长期存留。因此,对于人工髋关节股骨头与臼杯边缘接触的动态接触力学的分析与研究做了以下几方面的工作:结合SolidWorks与ADAMS软件建立了完整步态下,陶瓷髋关节股骨头与臼杯产生边缘接触的动力学仿真模型,该模型完整地实现了髋关节假体绕冠状轴、矢状轴和垂直轴的转动,并且有效地模拟了股骨头与臼杯动态边缘接触行为,尤其是由股骨头与臼杯小于1mm的初始分离距离导致的动态边缘接触行为。在模型的验证阶段,将股骨头与臼杯边缘接触等效为球与圆环接触,并将基于赫兹接触理论计算的接触变形量与ADAMS仿真输出的变形结果进行了对比,其相同的变化趋势说明了该模型接触刚度系数的合理性。在与髋关节实验模拟机结果进行对比时,通过对该模型运动构件之间添加摩擦与否的结果进行分析,合理地解释了实验模拟机结果中出现的最大动态分离距离小,但最大边缘接触力大的原因。以上种种结果都表明了该边缘接触仿真模型的有效性与准确性。在对影响髋关节发生边缘接触的位置参数和结构设计参数以及髋关节摆动期载荷进行研究时发现,45°臼杯外展角位置可以避免小于0.8mm的股骨头与臼杯分离距离带来的边缘接触现象。同时,减小对髋关节周围软组织的损坏,增加髋关节摆动期载荷有利于避免较大的初始分离距离带来的边缘接触的不良影响。以上的结果对于陶瓷假体在体内的长期存留意义重大。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.7;R318.08
【图文】：

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