毕业论文生物力学.doc

目 录 第一章 绪论 1 1．1引言 1 1.2骨折内固定接骨板的国内外研究现状 1 1.2.1国外研究现状 1 1.2.2国内研究现状 2 1.3骨生物力学有限元仿真的研究现状 2 1.3.1国外研究现状 2 1.3.2国内研究现状 3 1.4骨生物力学性能实验的国内外研究现状 3 1.4.1骨生物力学性能实验的国外研究现状 3 1.4.2骨生物力学性能实验的国内研究现状 4 1.5论文的研究目的、内容及章节安排 4 1.5.1研究目的 4 1.5.2研究内容 4 1.5.3章节安排 4 1.6本章小结 5 第二章 股骨及相关附属结构的简介 6 2.1股骨的解剖结构 6 2.2股骨的附属结构 7 2.2.1膝关节的解剖结构分析 7 2.2.2髋关节的解剖结构分析 8 2.3股骨干骨折类型 8 2.4骨折愈合机制 9 2.5本章小结 9 第三章 股骨干骨折系统模型建立及有限元分析 11 3.1有限元分析的前提 11 3.2股骨三维模型的建立 11 3.2.1反求工程的概念 11 3.2.2股骨模型的建立 13 3.2.3钛合金接骨板、骨钉模型的建立及与股骨的装配 17 3.2.4在ANSYS软件内建立股骨骨折系统模型 17 3.3内固定接骨板系统的有限元分析 18 3.3.1定义单元类型和材料属性 18 3.3.2 划分网格 19 3.3.4加载方式 21 3.3.5计算求解 21 3.3.6 后处理 21 3.3.7有限元分析结果整理 29 3.3.8 结果分析 30 3.4 本章小结 31 第四章 股骨愈合的力学实验 32 4.1电测法的简介 32 4.1.1电测法的基本概述 32 4.1.2电测法的特点 32 4.2电测法在骨生物力学的应用 32 4.3骨愈合力学实验 33 4.3.1实验设计 33 4.3.2实验数据统计 34 4.4对应有限元分析模型的建立 35 4.5本章小结 36 第五章 股骨有限元分析结果与实验结果的对照 37 5.1实验数据整理 37 5.2实验数据与有限元分析数据的比较 38 5.3本章小结 40 第六章 结论与展望 41 6.1 结论 41 6.2展望 41 参考文献 42 致谢 43 第一章 绪论 1．1引言 生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。 20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、断裂力学以及应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。 股骨骨折是属于骨生物力学的一个重要研究课题,骨生物力学也是生物力学的一个重要分支。随着人们对股骨骨折研究工作的不断开展，骨力学性能的探究由最初使用的实验手段逐渐倾向于现代的有限元分析法。这主要是因为实验在人体体内是无法进行的，近年来有限元分析法的飞速发展为进行骨力学探究开辟了一条新的思路。 本研究将利用逆向工程技术通过CT扫描的图像，应用MIMICS软件对扫描图像进行处理，建立股骨模型，将股骨模型导入三维CAD软件Pro/E,按照特定基准进行装配，完成股骨内固定系统模型的建立。有限元分析及基于原模型的改进设计，建立股骨近端内固定系统生物动力学模型分析框架，利用ANSYS分析模型受力获取了股骨骨折系统在各种加载条件下，各个部件的应力应变情况。 1.2骨折内固定接骨板的国内外研究现状 1.2.1国外研究现状 1958 年由穆勒等15名瑞士外科医生发起成立了内固定研究会 ，简称ASIF 或AO。自AO成立之日起为骨科内固定做出了不可替代的贡献，半个世纪以来随着内固定接骨板技术的发展与普及，现已形成一个从原则、理论、方法到设备和器材的完整体系，成为当今骨折治疗领域中的经典手段之一。 AO学派继承了达尼斯等学者的内固定思想和骨折一期愈合理论，倡导和推进骨折内固定治的疗与研究，提出了著名的AO四原则，包括了坚强内固定、解剖复位、无创外科技术、术后早期无痛活动。这四个原则几乎成为了从事骨科临床治疗工作的医生的应掌握的首要治疗原则。 从上个世纪90年代初期，AO学者戈博、帕尔马尔等提出