骑行时不同屈曲角度膝关节软骨受力分析
本文关键词: 膝关节 软骨 骑行 有限元模型 屈曲 出处:《中国生物医学工程学报》2016年01期 论文类型:期刊论文
【摘要】:在对骑行人车系统动力学研究的基础上,分析在骑行周期内膝关节软骨的受力状态,以期获得关节软骨受力的规律,增加对骑行时膝关节生物力学特性的理解。基于有限元分析法,建立包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨、关节软骨、半月板及韧带组织的人体全膝关节有限元模型。将骨组织刚体化,并对其施加屈曲位移边界条件,包括胫骨相对股骨的内旋、内收、前移和外移以及髌骨相对股骨的屈曲、内旋、内倾以及外移。通过显式动力学分析计算,获得膝关节屈曲60°、80°和100°相位,同时得到骑行状态上述屈曲位处膝关节软骨的应力分布。结果通过有限元分析,获得骑行姿态下膝关节相关相位的力学分布规律。结果表明,相同载荷下,最大von-Mises应力出现在屈曲100°位置,股骨软骨应力增幅达71.25%,髌骨软骨增大29.36%;随着骑行屈曲角度的增加,胫股关节高应力区逐渐向膝关节后部转移,髌股关节软骨受力逐渐上移。骑行时高应力发生在膝关节屈曲角度较大位置,胫骨平台软骨后侧、髌骨软骨上侧承受更大应力。
[Abstract]:Based on the study of the dynamics of the cyclists, the stress state of the articular cartilage during the cycle of riding is analyzed in order to obtain the law of the stress of the articular cartilage. To increase the understanding of biomechanical properties of knee joint during riding. Based on finite element analysis, we established a method that includes femur, tibia, fibula, patella, articular cartilage. Finite element model of human total knee joint with meniscus and ligament tissue. The bone tissue was rigidified and subjected to flexion displacement boundary conditions, including internal rotation, adduction, forward and outward displacement of the tibia relative to the femur, and flexion of the patella relative to the femur. Internal rotation, inclinations and outward movement. By explicit dynamic analysis, the phase of knee joint flexion of 60 掳, 80 掳and 100 掳was obtained, and the stress distribution of knee joint cartilage in the above flexion position was obtained by finite element analysis. The results showed that under the same load, the maximum von-Mises stress appeared in the flexion position of 100 掳, the stress of femoral cartilage increased to 71.25 and the patellar cartilage increased 29.36%, and with the increase of the angle of riding, the maximum von-Mises stress appeared in the position of 100 掳flexion. The high stress area of tibiofemoral joint gradually transferred to the posterior part of the knee joint and the stress of patellofemoral articular cartilage gradually moved upward. The high stress occurred in the greater flexion angle of knee joint during riding, and the posterior side of tibial plateau cartilage and the upper side of patellar cartilage were subjected to greater stress.
【作者单位】: 天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机械工程学院;军事医学科学院卫生装备研究所;
【基金】:国家自然科学基金重点项目(11432016);国家自然科学基金(11172208;11402171)
【分类号】:R318.01
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,本文编号:1510374
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