内固定外踝骨折并下胫腓分离弧翼状钢板的有限元分析

摘要

目的：对新型内固定外踝骨折并下胫腓分离弧翼状钢板(简称弧翼钢板)进行有限元分析，了解在不同载荷情况下钢板局部受力情况，为钢板设计的改进提供数据参考。 方法：用三维绘图软件建立钢板实体模型，导入有限元软件ANSYS9.0，在微机上根据已经提供的钢板生物力学数据计算钢板承受弯曲载荷、扭转载荷以及抗弧翼合抱载荷下的应力分布情况，根据不同设计变量下的钢板计算数据，显示不同载荷下钢板呈现的不同受力状况。 结果：1.应力分布：垂直方向对弧翼钢板施压时，弧翼钢板主体主要应力集中区域呈现以中心圆、近端两圆为中轴的纵“8”字形分布，最大应力点出现在弧翼与钢板主体上表面的四个交汇点；固定钢板主体对弧翼横向施压时，应力主要集中在弧翼的中下段、弧翼与板主体相交部位、中心圆边缘，最大应力处于弧翼中下1/4的两背侧边缘；扭转钢板时，应力最大区域集中于中心圆沿纵轴方向两侧切点。 2.抗弯模拟计算结论：(1)圆孔数量：随圆孔数量由少到多，钢板最大应力呈增大趋势，钢板最大位移呈增加趋势，但变化幅度较小，仅有中心孔的钢板应力分布为沿圆四周向弧翼方向伸展的蝴蝶形，有三个孔的钢板应力分布与标准设计差异不明显，应力值处于安全范围，增加圆孔减重的设计合理。 (2)中心圆孔大小：钢板中心孔内侧圆半径增加时，板最大应力点及最大位移呈减低趋势，减低幅度较小，应力分布与标准设计差异不明显，应力值处于安全范围，可以考虑增加内侧表面圆的大小。 (3)板主体截面形状：钢板截面为弧形时比方形时最大应力增加，但位移略减低，两者应力分布不同，前者更集中于弧翼与主体相交的边缘及边缘的延伸，难以评价两者优劣。 (4)材料变化：钛质板与不锈钢板相比受到损坏时的弯曲外力差别不明显，选用弹性模量适当的材料更有利于骨折愈合。 (5)板长：板长由34mm(每隔3mm)变化至46mm时，最大应力值呈增大趋势，最大位移呈增大趋势，应力分布变化不明显，但随着板长的增加，应力和位移变化的幅度逐渐减小，因此可以考虑适当减少板长。 结论：1.有限元分析清晰的显示了弧翼钢板的应力分布情况，应力最集中部位为弧翼与钢板主体上表面的四个交点以及中心孔处。 2.有限元分析验证了钢板多孔设计的优点。 3.有限元分析为内固定板的材料选择提出了参考要素。 4.有限元分析为内固定板的长度设计提供了理论依据。

目录

文摘

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第一章引言

第二章实验材料和方法

第一节实验材料

2.1.1实验材料：

2.1.2实验设备：

第二节测试方法

2.2.1已完成的生物力学测试：

2.2.2钢板评估标准：

2.2.3钢板变量参数设定：

第三节实体建模

第四节ANSYS前处理参数的确定

2.4.1定义单元类型：

2.4.2划分有限元网格：

2.4.3确定边界条件和加载模式：

2.4.3确定参数是否合理：

2.4.5数据计算：

第三章实验结果

第一节生物力学实验结果

3.1.1抗弯曲载荷应力分布结果：

3.1.2合抱力实验模应力分布结果：

3.1.3扭转实验模拟计算结果：

第二节抗弯模拟计算结果

3.2.1圆孔数量变化结果：

3.2.2中心圆孔半径变化结果：

3.2.3板横截面变化结果：

3.2.4板长变化结果：

3.2.5不锈钢与钛合金对比结果：

第四章讨论

第一节新型弧翼接骨板的优点设计

第二节有限元理论及有限元方法

第三节研究的不足

第五章结论

致谢

参考文献

附录

个人简介

综述(附)