钛合金假体拓扑优化设计的收敛准则及应用

发布时间：2021-04-25 15:46

　　当前植入人工骨假体是治疗不可修复骨损伤的最快最有效的方法,以往工业技术与临床水平有限,人工骨多为钛合金实体材料,应力遮挡是人工关节无菌松动失效的主要原因之一,且实体钛合金假体质量较重植入人体后患者体验不佳,需不断翻修,寿命短。建立一种钛合金材料拓扑优化收敛准则用于钛合金植入体的拓扑优化,使假体宏观弹性模量与假体近端骨骼相匹配,降低假体对近端骨骼应力遮挡,提高假体使用寿命与舒适度。采用钛合金材料股骨上段假体模型在该收敛准则的约束下拓扑优化验证该收敛准则。取用志愿者正常行走过程简化的三个典型时刻,早期（脚尖开始离地）,中期（单腿支撑）和后期（脚后跟着地）股骨所受到的最大载荷力学环境为力学模型,运用Abaqus软件中的拓扑优化方法对假体材料重新分配,优化后股骨假体中形成类骨髓腔结构,在轴向与径向分别剖开观察优化后骨髓腔结构,并与志愿者股骨的骨髓腔比较,结果表明假体优化后的空心结构与人体骨髓腔结构相似。自股骨假体底部每隔5mm获取相同位置优化前后横截面积计算得到优化后假体宏观截面弹性模量,假体整体宏观弹性模量降低至实体的1/5¹/2,画出股骨体距离与截面弹性模量曲线图,与... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 WOLLF定律与应力遮挡效应简介
    1.3 有限元法介绍
    1.4 拓扑优化简介
    1.5 人工骨骼假体简介
    1.6 研究内容及章节安排
第二章 钛合金材料假体收敛准则
    2.1 骨骼模型简化
    2.2 建立假体收敛准则
    2.3 本章小结
第三章 股骨钛合金假体拓扑优化
    3.1 假体材料与方法
    3.2 优化分析
    3.3 结果与讨论
    3.4 结论
第四章 踝关节距骨的拓扑优化
    4.1 踝关节三维重建与处理
    4.2 建立有限元模型
    4.3 有限元模型前处理
    4.4 距骨假体拓扑优化设计
    4.5 结果与讨论
    4.6 实用距骨假体优化
    4.7 结论
第五章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]人工髋关节稳定性影响因素的敏度分析[J]. 胡迎春,赵舒婷,侯军燕,王汝贵.  机械工程学报. 2015(09)
[2]人工髋关节股骨柄专用型疲劳测试装置研制[J]. 华子恺,张欢欢,韦庆玥,范永威,潘绍斌.  机械工程学报. 2016(01)
[3]多工况下客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究[J]. 范文杰,范子杰,桂良进,刘东.  汽车工程. 2008(06)
[4]人工关节材料及其表面改性研究进展[J]. 叶霞,陈菊芳,王江涛,张向华,毕伟.  江苏技术师范学院学报. 2007(04)
[5]人工髋关节材料改进及固定技术探索[J]. 楚同彬,郑永胜.  中国组织工程研究与临床康复. 2007(26)
[6]骨水泥和骨水泥技术在人工髋关节置换中的临床应用价值及其原理[J]. 赛佳明,胡有谷,张亦军.  中国骨与关节损伤杂志. 2007(06)
[7]结构拓扑优化综述[J]. 谢涛,刘静,刘军考.  机械工程师. 2006(08)
[8]复合材料股骨头假体三维有限元分析[J]. 俞能宝,董天华,孙俊英.  医用生物力学. 2001(03)
[9]骨的功能适应性与应力遮挡效应探讨[J]. 孙铭.  北京生物医学工程. 1995(03)
[10]股骨骨髓腔的应用解剖[J]. 王之一,王美英,宋生彪,李建录.  中国临床解剖学杂志. 1993(02)

博士论文
[1]多学科拓扑优化方法研究[D]. 胡三宝.华中科技大学 2011
[2]多场耦合及多相材料的柔顺机构拓扑优化研究[D]. 李冬梅.华南理工大学 2011
[3]复杂机械结构拓扑优化若干问题研究[D]. 杨姝.大连理工大学 2007
[4]股骨三维重建与人工髋关节生物力学研究[D]. 张玉朵.天津大学 2006

硕士论文
[1]全髋关节置换中股骨和假体的三维重建及有限元分析[D]. 仲照明.吉林大学 2012



本文编号：3159655