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不同偏移角度荷载下膝关节假体接触压力的有限元分析 被引量：3
1
作者 相昌鑫 纪斌平 +2 位作者 陈维毅 王长江 郭媛 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2019年第28期4522-4528,共7页
背景:人工膝关节置换后因为假体的失效部分患者的满意程度不高。造成膝关节假体早期失效的原因有高分子聚乙烯垫衬的早期磨损、假体松动与假体失稳,且均与假体的接触压力有关。目的:分析在步态过程中,载荷偏移角度对胫骨垫衬上接触压力... 背景:人工膝关节置换后因为假体的失效部分患者的满意程度不高。造成膝关节假体早期失效的原因有高分子聚乙烯垫衬的早期磨损、假体松动与假体失稳,且均与假体的接触压力有关。目的:分析在步态过程中,载荷偏移角度对胫骨垫衬上接触压力、面积和压力分布的影响。方法:将膝关节假体的模型导入到Abaqus 三维有限元软件中,将步态过程中的轴向载荷偏移0°,1°,2°,3°,4°,5°和6°形成7 种不同工况,研究不同工况下胫骨垫衬上的接触压力、面积与接触压力分布的变化。结果与结论:①在步态过程中,高分子聚乙烯垫衬上的接触压力随载荷偏移角度的增加而增加;②随轴向载荷向外侧偏移,胫骨垫衬与内侧髁的接触面积减少,与外侧髁的接触面积增大;③通过接触压力分布云图发现,接触位置逐渐向胫骨垫衬边缘移动,在胫骨垫衬与外侧髁接触位置产生了应力集中现象;④结果表明,下肢对线不齐造成的载荷偏移会引起高分子聚乙烯垫衬上的接触压力明显增大,改变原本的接触面积和接触位置,易发生应力集中现象。如果膝关节假体长期处于上述不良的力学环境之中,会造成膝关节假体的失效。 展开更多
关键词 人工膝关节 有限元分析 步态载荷 接触压力 接触面积 生物力学 国家自然科学基金
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功能梯度材料胫骨假体的有限元分析
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作者 李志 陈维毅 +4 位作者 王晨艳 相昌鑫 兰伟伟 王长江 郭媛 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2022年第22期3543-3549,共7页
背景:全膝关节置换后胫骨衬垫的过度磨损,以及关节假体的无菌性松动是导致膝关节假体失效的主要原因。假体与骨骼力学强度差异过大会导致骨上产生应力遮挡,进而诱发假体无菌性松动。目的:利用有限元方法分析植入功能梯度材料(functional... 背景:全膝关节置换后胫骨衬垫的过度磨损,以及关节假体的无菌性松动是导致膝关节假体失效的主要原因。假体与骨骼力学强度差异过大会导致骨上产生应力遮挡,进而诱发假体无菌性松动。目的:利用有限元方法分析植入功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)胫骨假体后胫骨假体与胫骨近端松质骨的应力响应。方法:设计了两种不同孔隙率参数的钛合金-羟基磷灰石复合功能梯度材料(命名为FGMⅠ、FGMⅢ)和一种钛合金-理想骨弹性材料复合功能梯度材料(命名为FGMⅡ),其中FGMⅠ的孔隙率参数分别为0.1,1,1,FGMⅡ和FGMⅢ的孔隙率参数分别为0.4,0,1。建立全膝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件Abaqus分析FGM与钛合金材料胫骨假体植入后,在伸直位0°及屈曲位30°和60°三种工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布变化。结果与结论:(1)在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,FGM胫骨假体的最大Von Mises应力显著降低,且其松质骨与假体柄端接触部位上的应力明显减小。(2)胫骨松质骨沿不同路径的应力曲线和平均应力表明,在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,使用FGM假体后胫骨近端松质骨上的应力均有提升,其中FGMⅠ提高5.4%-17.3%,FGMⅡ提高1.0%-13.5%,FGMⅢ提高1.6%-15.4%。(3)结果表明,FGM胫骨假体有助于增加胫骨近端松质骨上的应力,减弱胫骨近端的应力遮挡效应,进而可降低胫骨假体无菌性松动发生的概率,延长假体的寿命,且FGMⅠ在3种FGM假体中效果最好。 展开更多
关键词 功能梯度材料 胫骨假体 有限元 应力 应力遮挡 无菌性松动 膝关节假体
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