非融合棘突间植入物力学特性的三维有限元分析

摘要

应用三维有限元法分析非融合棘突间植入物的力学特性.通过Pro/E建立非融合棘突间植入物的i维模型,通过Pro/E与Ansys软件接口将三维模型导入Ansys中进行分析,选择不锈钢和钛合金2种材料,在相同的约束条件下分别加载200N和600 N的载荷,模拟腰椎的后伸生理载荷,观察不同材料、载荷下的应力分布.两种材料在相同载荷条件下的最大应力是一致的,相同载荷条件下钛合金结构的最大位移约为不锈钢的1.8倍,最大应力集中位置为u型结构的内弧面.两种载荷下不锈钢结构的最大应力都超过其屈服强度,600 N载荷下钛合金结构的最大应力也超过其屈服强度.提示钛合金U型结构植入物可以分担腰椎部分载荷,能够有效限制脊椎过度后伸;U型结构的内弧面为应力集中处,需要优化设计:不锈钢材料不宜用于制作棘突间植入物.