新型个体化骨折外固定架有限元力学分析及优化

发布时间：2023-02-27 19:38

　　西安红会医院骨科研制的新型个体化3D打印外固定架已取得良好的临床效果,但该外固定架缺乏必要的生物力学评估,限制了临床推广。基于此,本文采用有限元方法对该3D打印外固定架进行生物力学研究,为后续的力学性能测试提供参考依据,对外固定架的相关研究和临床应用也有一定的指导意义。为解决新型个体化3D打印外固定架的力学测试和临床推广缺乏理论依据的问题,本文基于Abaqus/Standard对其进行静态的生物力学分析和优化。首先,使用SolidWorks软件分别对Ilizarov外固定架和3D打印外固定架进行CAD建模,并基于Abaqus/Standard进行有限元静力学分析,以Ilizarov外固定架为研究对象建立并验证了有限元分析方法的正确性和准确性。其次,用上述方法对Ilizarov外固定架和新型3D打印外固定架分别加载轴向压缩载荷500N,扭转载荷20N·m和四点弯曲载荷200N进行刚度对比分析,评价二者的力学性能。最后,依次对3D打印外固定架的长短针直径、角度、轴向间距、相对位置以及骨偏心距进行参数化优化和结构化优化,得到生物力学性能较好的3D打印外固定架的结构配置,并提出相应建议作为医生...

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文研究内容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 技术路线
第二章 外固定架的有限元建模
    2.1 传统Ilizarov外固定架的CAD建模
    2.2 传统Ilizarov外固定架的有限元建模
    2.3 传统Ilizarov外固定架的固定钢针网格敏感性分析
    2.4 传统Ilizarov外固定架的仿真刚度分析
    2.5 讨论
    2.6 小结
第三章 3D打印外固定架和Ilizarov外固定架的力学对比分析
    3.1 外固定架有限元建模
        3.1.1 外固定架的CAD建模
        3.1.2 外固定架的有限元建模
    3.2 3D打印外固定架的固定钢针网格敏感性分析
    3.3 3D打印外固定架和Ilizarov外固定架的有限元对比分析
        3.3.1 500N轴向压缩载荷下的力学分析
        3.3.2 20N·m扭转力矩载荷下的力学分析
        3.3.3 200N侧向载荷下的力学分析
        3.3.4 200N前后载荷下的力学分析
    3.4 讨论
    3.5 小结
第四章 3D打印外固定架的参数化优化
    4.1 长(短)针直径的优化分析
        4.1.1 500N轴向压缩载荷下的力学分析
        4.1.2 20N·m扭转力矩载荷下的力学分析
        4.1.3 200N侧向载荷下的力学分析
        4.1.4 200N前后载荷下的力学分析
        4.1.5 讨论
    4.2 长短针角度的优化分析
        4.2.1 500N轴向压缩载荷下的力学分析
        4.2.2 20N·m扭转力矩载荷下的力学分析
        4.2.3 200N侧向载荷下的力学分析
        4.2.4 200N前后载荷下的力学分析
        4.2.5 讨论
    4.3 固定钢针轴向间距的优化分析
        4.3.1 500N轴向载荷下的力学分析
        4.3.2 20N·m扭转力矩载荷下的力学分析
        4.3.3 200N侧向载荷下的力学分析
        4.3.4 200N前后载荷下的力学分析
        4.3.5 讨论
        4.3.6 3D打印外固定架第三根钢针(短针)的必要性验证
    4.4 长短针相对位置的优化分析
        4.4.1 500N轴向压缩载荷下的力学分析
        4.4.2 20N·m扭转力矩载荷下的力学分析
        4.4.3 200N侧向载荷下的力学分析
        4.4.4 200N前后载荷下的力学分析
        4.4.5 讨论
    4.5 骨偏心距的优化分析
        4.5.1 500N轴向压缩载荷下的力学分析
        4.5.2 20N·m扭转力矩载荷下的力学分析
        4.5.3 200N侧向载荷下的力学分析
        4.5.4 200N前后载荷下的力学分析
        4.5.5 讨论
    4.6 本章讨论
    4.7 本章小结
第五章 3D打印外固定架的结构化优化
    5.1 3D打印外固定架的镂空结构优化分析
        5.1.1 镂空结构的3D打印外固定架CAD建模
        5.1.2 镂空结构的3D打印外固定架有限元建模
        5.1.3 镂空结构的3D打印外固定架力学性能分析
    5.2 3D打印外固定架的组合结构优化分析
        5.2.1 组合结构的3D打印外固定架CAD建模
        5.2.2 组合结构的3D打印外固定架有限元建模
        5.2.3 组合结构的3D打印外固定架力学性能分析
    5.3 讨论
    5.4 小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢



本文编号：3751322