基于Hypermesh/LS-DYNA仿真股骨干中上1/3骨折的断裂分析
发布时间：2022-01-07 02:39
目的运用工程力学软件Hypermesh与LS-DYNA对股骨有限元模型进行断裂力学分析,仿真股骨干中上1/3骨折的移位情况并与真实的进行对照。方法选取1例股骨干中上1/3骨折患者的健侧股骨影像学CT资料导入Mimics软件,通过区域增长、编辑笼罩、光滑包裹重建股骨健侧的三维有限元模型,将股骨模型在Hypermesh中进行有限元网格划分、定义材料属性、设定边界条件,加载受力曲线与作用点等前处理,生成的K文件导入求解器LS-DYNA中运算。结果股骨干骨折且骨折近端呈屈曲、外展、外旋移位,骨折远端向内侧移位呈现短缩畸形,且节点位移图中可见断端随着外旋、内收肌的不断牵拉,位移呈线性增加,X轴正向为骨折近端有限元节点位移,X轴负向为骨折远端节点位移,可以看出骨折远端较骨折近端位移大;同时,在Von Mises云图上股骨颈以及股骨转子间周围出现应力集中,与临床上股骨干骨折合并股骨转子间或股骨颈骨折高度一致。结论基于Hypermesh/LS-DYNA的断裂力学分析原理可以很好地应用在创伤骨科领域。
【文章来源】：广东医学. 2017,38(16)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
股骨干中上1/3骨折的移位
2结果2．1动态断裂过程显示结果股骨干骨折近端呈屈曲、外展、外旋移位，骨折远端向内侧移位呈现短缩畸形，与患者股骨正侧位片对比具有高度仿真性，见图1。A:正面视图;B:背面视图图1股骨干中上1/3骨折的移位2．2VonMises云图显示结果股骨颈以及股骨转子间周围红色云图表示应力集中，可以很好地解释股骨干骨折合并股骨颈或者股骨转子间骨折的可能。见图2。云图上的颜色由蓝到红表示应力越集中图2VonMises云图2．3节点位移图断端随着外旋、内收肌的不断牵拉，位移呈线性增加，X轴正向为骨折近端有限元节点位移，X轴负向为骨折远端节点位移，可以看出骨折远端较骨折近端位移大，见图3。3讨论断裂力学是工程力学的新兴学科，它的出现抛弃了物体的连续性假设，而从物体中含有裂纹出发，以弹性力学和塑性力学为理论基础，确定含裂纹体的应力尝位移场分布，据此找出决定位移拓展的物理量即失效准则，更加贴近物体材料的动态失衡［8］。在工程学得到广泛的运用，主要集中在材料图3断端节点在X轴方向上的位移选择、断裂事故的分析、抗断裂安全分析等损伤－断裂领域［9－11］。断裂行为是指某种材料遇到失效准则后发生的断裂事件。在工程力学中常用有限元分析计算裂纹是否扩展、扩展速率、是否断裂、何时断裂等问题，从而量化材料的损伤参数［12］。Hypermesh作为具有强大的有限元网格前处理和后处理功能的软件，其划分网格速度快、适应性好，处理数据得心应手［13］，可大大提高运算效率。LS－DYNA软件是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种非线性结构的非线性动力冲击问题。目前LS－DYNA软件在汽车碰撞、动力分析、跌落试验等领域应用广泛［14－16］
位，骨折远端向内侧移位呈现短缩畸形，与患者股骨正侧位片对比具有高度仿真性，见图1。A:正面视图;B:背面视图图1股骨干中上1/3骨折的移位2．2VonMises云图显示结果股骨颈以及股骨转子间周围红色云图表示应力集中，可以很好地解释股骨干骨折合并股骨颈或者股骨转子间骨折的可能。见图2。云图上的颜色由蓝到红表示应力越集中图2VonMises云图2．3节点位移图断端随着外旋、内收肌的不断牵拉，位移呈线性增加，X轴正向为骨折近端有限元节点位移，X轴负向为骨折远端节点位移，可以看出骨折远端较骨折近端位移大，见图3。3讨论断裂力学是工程力学的新兴学科，它的出现抛弃了物体的连续性假设，而从物体中含有裂纹出发，以弹性力学和塑性力学为理论基础，确定含裂纹体的应力尝位移场分布，据此找出决定位移拓展的物理量即失效准则，更加贴近物体材料的动态失衡［8］。在工程学得到广泛的运用，主要集中在材料图3断端节点在X轴方向上的位移选择、断裂事故的分析、抗断裂安全分析等损伤－断裂领域［9－11］。断裂行为是指某种材料遇到失效准则后发生的断裂事件。在工程力学中常用有限元分析计算裂纹是否扩展、扩展速率、是否断裂、何时断裂等问题，从而量化材料的损伤参数［12］。Hypermesh作为具有强大的有限元网格前处理和后处理功能的软件，其划分网格速度快、适应性好，处理数据得心应手［13］，可大大提高运算效率。LS－DYNA软件是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种非线性结构的非线性动力冲击问题。目前LS－DYNA软件在汽车碰撞、动力分析、跌落试验等领域应用广泛［14－16］。股骨干骨折作为一种碰撞暴力的断裂力学行为，运用强大的Hypermesh
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LS-DYNA模拟老年股骨颈骨折的有限元分析[J]. 李鹏飞,杜根发,林梓凌,庞智晖,樊粤光,何祥鑫,孙文涛,陈锦伦. 中国组织工程研究. 2016(44)
[2]能够模拟颈部肌肉主动力的混合假人模型[J]. 李凡,胡伟,粟思橙,曹迎春. 汽车安全与节能学报. 2015(03)
[3]基于本构模型参数的肌肉主动力响应有限元分析[J]. 李凡,粟思橙,胡伟,黄晶,杨济匡. 湖南大学学报(自然科学版). 2014(10)
[4]股骨有限元建模及相应的生物力学分析[J]. 胡慧婷,李新宇,陈维毅,高志鹏. 中北大学学报(自然科学版). 2014(05)
[5]采用体绘制方法建立人股骨三维有限元模型及其应力分析[J]. 钟务学,张银网,朱海波,陈云,徐灵军,张浩,朱建民. 中国组织工程研究. 2012(17)
[6]应用Mimics和HyperMesh软件建立人体下颌骨三维有限元模型[J]. 苏忠平,何黎升,白石柱,商洪涛,毛赢,耿谦. 实用口腔医学杂志. 2012(02)
[7]髋保护器防护髋部骨折的有限元建模与分析[J]. 董谢平,张琳琳,何剑颖,周立义,王冬梅,吴小辉,王锦程. 中国矫形外科杂志. 2011(18)
[8]基于损伤-断裂力学理论的起重机疲劳寿命估算方法[J]. 范小宁,徐格宁,杨瑞刚. 中国安全科学学报. 2011(09)
[9]基于ANSYS/LS-DYNA的有限元动力分析应用[J]. 杨超,杜来林. 机电产品开发与创新. 2011(01)
[10]汽车-行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析[J]. 韩勇,杨济匡,李凡,刘凯扬. 吉林大学学报(工学版). 2011(01)
硕士论文
[1]断裂力学在边坡稳定分析中的应用研究[D]. 薛付霞.重庆交通大学 2014
[2]基于人体生物力学的下肢肌力衰退老年人步态及肌肉特性研究[D]. 闫相群.河北工业大学 2014
[3]股骨材料属性有限元模拟及生物力学分析[D]. 杨海胜.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3573640
【文章来源】：广东医学. 2017,38(16)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
股骨干中上1/3骨折的移位
2结果2．1动态断裂过程显示结果股骨干骨折近端呈屈曲、外展、外旋移位，骨折远端向内侧移位呈现短缩畸形，与患者股骨正侧位片对比具有高度仿真性，见图1。A:正面视图;B:背面视图图1股骨干中上1/3骨折的移位2．2VonMises云图显示结果股骨颈以及股骨转子间周围红色云图表示应力集中，可以很好地解释股骨干骨折合并股骨颈或者股骨转子间骨折的可能。见图2。云图上的颜色由蓝到红表示应力越集中图2VonMises云图2．3节点位移图断端随着外旋、内收肌的不断牵拉，位移呈线性增加，X轴正向为骨折近端有限元节点位移，X轴负向为骨折远端节点位移，可以看出骨折远端较骨折近端位移大，见图3。3讨论断裂力学是工程力学的新兴学科，它的出现抛弃了物体的连续性假设，而从物体中含有裂纹出发，以弹性力学和塑性力学为理论基础，确定含裂纹体的应力尝位移场分布，据此找出决定位移拓展的物理量即失效准则，更加贴近物体材料的动态失衡［8］。在工程学得到广泛的运用，主要集中在材料图3断端节点在X轴方向上的位移选择、断裂事故的分析、抗断裂安全分析等损伤－断裂领域［9－11］。断裂行为是指某种材料遇到失效准则后发生的断裂事件。在工程力学中常用有限元分析计算裂纹是否扩展、扩展速率、是否断裂、何时断裂等问题，从而量化材料的损伤参数［12］。Hypermesh作为具有强大的有限元网格前处理和后处理功能的软件，其划分网格速度快、适应性好，处理数据得心应手［13］，可大大提高运算效率。LS－DYNA软件是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种非线性结构的非线性动力冲击问题。目前LS－DYNA软件在汽车碰撞、动力分析、跌落试验等领域应用广泛［14－16］
位，骨折远端向内侧移位呈现短缩畸形，与患者股骨正侧位片对比具有高度仿真性，见图1。A:正面视图;B:背面视图图1股骨干中上1/3骨折的移位2．2VonMises云图显示结果股骨颈以及股骨转子间周围红色云图表示应力集中，可以很好地解释股骨干骨折合并股骨颈或者股骨转子间骨折的可能。见图2。云图上的颜色由蓝到红表示应力越集中图2VonMises云图2．3节点位移图断端随着外旋、内收肌的不断牵拉，位移呈线性增加，X轴正向为骨折近端有限元节点位移，X轴负向为骨折远端节点位移，可以看出骨折远端较骨折近端位移大，见图3。3讨论断裂力学是工程力学的新兴学科，它的出现抛弃了物体的连续性假设，而从物体中含有裂纹出发，以弹性力学和塑性力学为理论基础，确定含裂纹体的应力尝位移场分布，据此找出决定位移拓展的物理量即失效准则，更加贴近物体材料的动态失衡［8］。在工程学得到广泛的运用，主要集中在材料图3断端节点在X轴方向上的位移选择、断裂事故的分析、抗断裂安全分析等损伤－断裂领域［9－11］。断裂行为是指某种材料遇到失效准则后发生的断裂事件。在工程力学中常用有限元分析计算裂纹是否扩展、扩展速率、是否断裂、何时断裂等问题，从而量化材料的损伤参数［12］。Hypermesh作为具有强大的有限元网格前处理和后处理功能的软件，其划分网格速度快、适应性好，处理数据得心应手［13］，可大大提高运算效率。LS－DYNA软件是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种非线性结构的非线性动力冲击问题。目前LS－DYNA软件在汽车碰撞、动力分析、跌落试验等领域应用广泛［14－16］。股骨干骨折作为一种碰撞暴力的断裂力学行为，运用强大的Hypermesh
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LS-DYNA模拟老年股骨颈骨折的有限元分析[J]. 李鹏飞,杜根发,林梓凌,庞智晖,樊粤光,何祥鑫,孙文涛,陈锦伦. 中国组织工程研究. 2016(44)
[2]能够模拟颈部肌肉主动力的混合假人模型[J]. 李凡,胡伟,粟思橙,曹迎春. 汽车安全与节能学报. 2015(03)
[3]基于本构模型参数的肌肉主动力响应有限元分析[J]. 李凡,粟思橙,胡伟,黄晶,杨济匡. 湖南大学学报(自然科学版). 2014(10)
[4]股骨有限元建模及相应的生物力学分析[J]. 胡慧婷,李新宇,陈维毅,高志鹏. 中北大学学报(自然科学版). 2014(05)
[5]采用体绘制方法建立人股骨三维有限元模型及其应力分析[J]. 钟务学,张银网,朱海波,陈云,徐灵军,张浩,朱建民. 中国组织工程研究. 2012(17)
[6]应用Mimics和HyperMesh软件建立人体下颌骨三维有限元模型[J]. 苏忠平,何黎升,白石柱,商洪涛,毛赢,耿谦. 实用口腔医学杂志. 2012(02)
[7]髋保护器防护髋部骨折的有限元建模与分析[J]. 董谢平,张琳琳,何剑颖,周立义,王冬梅,吴小辉,王锦程. 中国矫形外科杂志. 2011(18)
[8]基于损伤-断裂力学理论的起重机疲劳寿命估算方法[J]. 范小宁,徐格宁,杨瑞刚. 中国安全科学学报. 2011(09)
[9]基于ANSYS/LS-DYNA的有限元动力分析应用[J]. 杨超,杜来林. 机电产品开发与创新. 2011(01)
[10]汽车-行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析[J]. 韩勇,杨济匡,李凡,刘凯扬. 吉林大学学报(工学版). 2011(01)
硕士论文
[1]断裂力学在边坡稳定分析中的应用研究[D]. 薛付霞.重庆交通大学 2014
[2]基于人体生物力学的下肢肌力衰退老年人步态及肌肉特性研究[D]. 闫相群.河北工业大学 2014
[3]股骨材料属性有限元模拟及生物力学分析[D]. 杨海胜.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3573640
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