人工膝关节接触力学与磨损仿真研究
发布时间：2022-10-05 16:20
膝关节假体的远期寿命取决于假体磨损性能,关节面相对运动时的应力分布区域以及接触应力大小是影响磨损的主要因素。一旦膝关节假体失效,就需要对患者进行人工关节的翻修手术,对患者来说时间、金钱成本昂贵,对外科医生来说也很有挑战性。在膝关节置换的临床上发现人工膝关节部件之间的应力分布区域、接触应力大小都与人工膝关节中股骨部件的屈曲轴有不可分割的关系。通过应用Abaqus软件建立在标准步态下两种屈曲轴位置不同的膝关节假体模型,研究屈曲轴对膝关节接触应力与接触区域的影响。在全膝关节置换术中,超高分子量聚乙烯（UHMWPE）胫骨衬垫的磨损是影响膝关节假体使用寿命的一个关键性因素。在人体中对人工关节材料的磨损进行观察及研究有一定的困难,本文通过聚乙烯销钉-金属盘实现多方向相对运动方式近似模拟人工关节日常运动,通过应用Abaqus软件建立销盘有限元模型,使用Pyhton提取模型的接触应力、节点坐标和Matlab计算销钉的磨损参数,研究交叉剪切比对于磨损的影响。本文建立远后端拟合屈曲轴与前远端拟合屈曲轴膝关节模型,远后端拟合屈曲轴较前远端拟合屈曲轴产生股骨后滚的效果,增加屈曲的活动范围,说明屈曲轴的位置可能...
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 人工膝关节的类型
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 研究目标及主要内容
1.4.1 研究目标
1.4.2 研究主要内容
2 有限元模型的建立以及磨损仿真技术的介绍
2.1 有限元软件的介绍
2.2 有限元仿真模型的建立
2.2.1 有限元模型的网格划分
2.2.2 有限元接触模型
2.3 销盘模型相关参数的计算方法
2.4 磨损系数与磨损因子公式理论与实验的对比
2.5 Abaqus软件的二次开发
2.5.1 Python语言对Abaqus进行二次开发
2.5.2 Python提取输出数据库中的数据
2.6 Matlab-Python-Abaqus的联用
2.6.1 Matlab程序调用Abaqus
2.6.2 Matlab-Python修改Abaqus的 inp文件
2.7 本章小结
3 膝关节假体屈曲轴位置对接触应力分布的影响
3.1 引言
3.2 膝关节模型的建立
3.3 结果
3.3.1 位移控制接触应力的分布区域
3.3.2 力控制接触应力的分布区域
3.4 讨论
3.5 本章小结
4 交叉剪切运动对UHMWPE磨损的影响
4.1 引言
4.2 销盘模型的建立
4.3 结果
4.3.1 不同载荷对接触应力的影响
4.3.2 销盘模型在不同输入条件下的CS
4.3.3 销盘模型磨损深度
4.4 讨论
4.5 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]膝关节假体胫骨衬垫几何设计对其接触力学和运动的影响[J]. 王猛,李兴,成博,王俊元,杜文华,刘峰. 中国组织工程研究. 2019(18)
[2]交叉剪切对人工关节应用中PEEK和CFR-PEEK磨损的影响[J]. 王俊元,段晨曦,杜文华,董磊. 中国生物医学工程学报. 2019(01)
[3]基于Python的ABAQUS二次开发应用[J]. 谢瑞敏,王雪军. 中国水运(下半月). 2017(10)
[4]不同型号膝关节固定平台假体匹配的三维有限元生物力学分析[J]. 姬林松,李彦林,黄赞,贾笛,余洋,高寰宇. 实用医学杂志. 2016(02)
[5]活动与固定平台的单髁假体置换治疗膝关节内侧间室骨关节炎[J]. 戴雪松,宓云峰,熊炎,章淼锋,祝磊波,朱苏南,蒋立锋. 中华骨科杂志. 2015 (07)
[6]全膝关节置换术股骨假体屈曲位放置对术后膝前痛及膝关节功能影响研究[J]. 周健强,付昆,孟志斌,李洪潮. 重庆医学. 2015(18)
[7]初次全膝关节置换术的临床现状[J]. 王坤正. 中国医师杂志. 2015 (01)
[8]蛋白聚糖异常代谢在关节炎损伤机制中的作用[J]. 杨文芳,周惠琼. 中国骨与关节杂志. 2015(01)
[9]旋转铰链型膝关节置换术在膝部骨肿瘤中应用的临床研究[J]. 王永贵,刘江涛. 中国医药导报. 2013(07)
[10]不同型号配对固定平台型膝关节假体生物力学有限元分析研究[J]. 刘志宏,刘利,韦林,冯建民,邓廉夫,沈宇辉. 国际骨科学杂志. 2012(05)
博士论文
[1]超高分子量聚乙烯的表面改性及其耐磨性能研究[D]. 谢东.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]交叉剪切效应下人工关节材料聚醚醚酮的磨损机理研究[D]. 段晨曦.中北大学 2019
[2]PEEK/UHMWPE/CoCrMo人工关节配副的生物摩擦及腐蚀行为[D]. 张晓.中国矿业大学 2019
[3]压缩载荷下全膝关节软骨缺损和修复力学行为的实验研究及仿真分析[D]. 王世雷.天津理工大学 2019
[4]人工膝关节假体承载面几何设计及接触力学研究[D]. 李兴.中北大学 2018
本文编号：3686106
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 人工膝关节的类型
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 研究目标及主要内容
1.4.1 研究目标
1.4.2 研究主要内容
2 有限元模型的建立以及磨损仿真技术的介绍
2.1 有限元软件的介绍
2.2 有限元仿真模型的建立
2.2.1 有限元模型的网格划分
2.2.2 有限元接触模型
2.3 销盘模型相关参数的计算方法
2.4 磨损系数与磨损因子公式理论与实验的对比
2.5 Abaqus软件的二次开发
2.5.1 Python语言对Abaqus进行二次开发
2.5.2 Python提取输出数据库中的数据
2.6 Matlab-Python-Abaqus的联用
2.6.1 Matlab程序调用Abaqus
2.6.2 Matlab-Python修改Abaqus的 inp文件
2.7 本章小结
3 膝关节假体屈曲轴位置对接触应力分布的影响
3.1 引言
3.2 膝关节模型的建立
3.3 结果
3.3.1 位移控制接触应力的分布区域
3.3.2 力控制接触应力的分布区域
3.4 讨论
3.5 本章小结
4 交叉剪切运动对UHMWPE磨损的影响
4.1 引言
4.2 销盘模型的建立
4.3 结果
4.3.1 不同载荷对接触应力的影响
4.3.2 销盘模型在不同输入条件下的CS
4.3.3 销盘模型磨损深度
4.4 讨论
4.5 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]膝关节假体胫骨衬垫几何设计对其接触力学和运动的影响[J]. 王猛,李兴,成博,王俊元,杜文华,刘峰. 中国组织工程研究. 2019(18)
[2]交叉剪切对人工关节应用中PEEK和CFR-PEEK磨损的影响[J]. 王俊元,段晨曦,杜文华,董磊. 中国生物医学工程学报. 2019(01)
[3]基于Python的ABAQUS二次开发应用[J]. 谢瑞敏,王雪军. 中国水运(下半月). 2017(10)
[4]不同型号膝关节固定平台假体匹配的三维有限元生物力学分析[J]. 姬林松,李彦林,黄赞,贾笛,余洋,高寰宇. 实用医学杂志. 2016(02)
[5]活动与固定平台的单髁假体置换治疗膝关节内侧间室骨关节炎[J]. 戴雪松,宓云峰,熊炎,章淼锋,祝磊波,朱苏南,蒋立锋. 中华骨科杂志. 2015 (07)
[6]全膝关节置换术股骨假体屈曲位放置对术后膝前痛及膝关节功能影响研究[J]. 周健强,付昆,孟志斌,李洪潮. 重庆医学. 2015(18)
[7]初次全膝关节置换术的临床现状[J]. 王坤正. 中国医师杂志. 2015 (01)
[8]蛋白聚糖异常代谢在关节炎损伤机制中的作用[J]. 杨文芳,周惠琼. 中国骨与关节杂志. 2015(01)
[9]旋转铰链型膝关节置换术在膝部骨肿瘤中应用的临床研究[J]. 王永贵,刘江涛. 中国医药导报. 2013(07)
[10]不同型号配对固定平台型膝关节假体生物力学有限元分析研究[J]. 刘志宏,刘利,韦林,冯建民,邓廉夫,沈宇辉. 国际骨科学杂志. 2012(05)
博士论文
[1]超高分子量聚乙烯的表面改性及其耐磨性能研究[D]. 谢东.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]交叉剪切效应下人工关节材料聚醚醚酮的磨损机理研究[D]. 段晨曦.中北大学 2019
[2]PEEK/UHMWPE/CoCrMo人工关节配副的生物摩擦及腐蚀行为[D]. 张晓.中国矿业大学 2019
[3]压缩载荷下全膝关节软骨缺损和修复力学行为的实验研究及仿真分析[D]. 王世雷.天津理工大学 2019
[4]人工膝关节假体承载面几何设计及接触力学研究[D]. 李兴.中北大学 2018
本文编号：3686106
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