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垂直载荷作用下骨盆的三维有限元分析
背景:目前对骨盆的力学分析还处于极其粗糙阶段,而有限元法因其具有不受样奉鼍限制,实验误差小,重复性好等优点,正日益成为骨盆牛物力学研究的重要于段.目的:建寺正常骨盆的二维有限元模型,分析骨盆在垂直载荷作用下的应力/应变和位移分布.设计、时间及地点:三维有限元分析,单一样木观察.T-2007-03109在南方医科大学生物力学实验室完成.材料:健康成年男性志愿者l例进行PET-CT扫描,层厚1mm,得到_二维原始图像以DICOM格式输出.方法:应用Mimics、Freeform、ANSYS等软什进行三维重建,并建立正常骨盆的有限元模型.模拟人体双腿直立位的生理姿势,对模型施加500N轴向载荷.具体方式为约束双侧髋臼,向骶骨椎体上表面垂直加压,压力均匀分布于各个结点.主要观察指标:计算该加载方式卜骨盆的应力、应变及何移的分布情况.结果:垂直加载500 N载荷于骶骨上表面时,应力经两侧骶骨翼、骶髂关节,斜向下方经过坐骨大切迹附近,髂骨中央弓状线.传导至两侧髋臼.骨盆前环即耻骨支和耻骨联合受力较小.应变集中在两侧骶髂关节.绝对值很小,前方的耻骨联合处应变极小,可忽略不计.位移以骶骨背侧的骶iEItI嵴处大.结论:正常骨盆是一个非常稳定的力学结构.过大的垂直应力容易引起骶骨或骶髂关节受损导致骨盆的垂直稳定性下降;恢复骶骨至髋臼的连续性对应力传导非常重要.
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垂直载荷下的下腰椎生物力学实验
背景:关节突关节之间的峡部缺损或椎间盘退变是腰椎滑脱的主要原因,而腰椎轴向压力是造成腰椎滑脱的重要因素.目的:观察轴向载荷下L5～S1上关节突与下关节突之间的峡部、椎间盘和髂腰韧带的应变和表面应力情况.设计、时间及地点:单一样本重复测量的生物力学实验,于2005-12/2006-06在河北省牛物力学实验室完成.材料:自愿捐献成人男性防腐标奉8具,截取L1至髋关节,去除椎旁肌肉,保留所有韧带、椎间盘、关节囊.方法:依次对完整标本、椎间盘切断标本及峡部切断标本,用CSS-44020生物力学实验机以5 N/s的速度轴向加载至500N维持60 s.主要观察指标:L5峡部贴应变片,用应变仪测量L5～S1峡部、椎间盘和髂腰韧带应变.结果:正常标奉轴向压缩实验,70.7%的应力分布于峡部,分布存椎间盘应力为26.5%,而髂腰韧带则有2.8%应力分布.切断椎间盘的标本,峡部应力增加一倍,由正常标本的41.010 kPa增加到83.051 kPa,而骼腰韧带应力变化不大.切断峡部的标本,峡部应力为0,椎间盘向前的剪切应力由15.381 kPa增加至20.643 kPa,骼腰韧带的应力也有增加.结论:峡部和椎间盘是防止椎体滑脱的重要结构.在直立状态轴向载荷下峡部作用大于椎间盘.
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静态载荷下下前牙双端固定桥基牙牙周膜应力的三维有限元法分析
目的:用三维有限元法分析静态载荷下,下颌前牙固定桥基牙牙周膜的应力和应变分布规律,为固定桥的设计和制作提供理论依据.方法:建立下颌前牙双端固定桥及其支持组织的三维有限元模型并进行静态条件下的垂直及斜向加载,计算基牙牙周膜的应力和应变值,绘出牙周膜的应力分布图.结果:固定桥修复前,垂直载荷下,基牙牙周膜的应力以压应力为主,应力集中在根尖;斜向载荷下,基牙牙周膜的应力主要是拉应力和压应力,应力集中在唇、舌颈缘;固定桥修复后,基牙牙周膜的应力和应变分布规律与修复前相似,但大应力、应变值都明显增大;牙周膜内表面的应力大于牙周膜外表面;垂直载荷时,牙周膜内、外表面的应力差异更为显著.结论:固定桥的修复基本没有改变基牙牙周膜的应力和应变分布规律,但使上述值明显增大.牙周膜具有明显的应力缓冲作用,垂直载荷作用下的应力缓冲作用比斜向载荷作用下明显.
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椎间盘退变对L4-L5在垂直载荷下生物力学行为特性的影响
利用三维绘图软件构建人体腰椎L4-L5节段几何模型,采用有限元分析方法并调整计算精度,模拟研究椎间盘发生退变等四种工况,如轻度退变、中度退变、重度退变以及椎间盘完全摘除时关节峡部的受力情况.通过施加在L4椎板上378.93 N的垂直载荷,得到四种工况下关节峡部的应力云图.结果表明,椎间盘退变程度影响小关节处的接触面积,从而使关节峡部应力发生相应的变化.说明关节峡部是腰椎后部抗压的重要结构,而关节峡部应力分布与大小以及腰椎后部结构刚度大小和小关节处的接触面积有关.该结论可为脊柱生物力学分析及人工椎间盘置换提供一定的理论参考依据.
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垂直载荷下分割式可摘局部义齿与套筒冠义齿的有限元分析
目的 研究并比较分割式可摘局部义齿与缓冲圆锥型套筒冠义齿在垂直载荷下的应力情况.方法 选择上颌双侧第二前磨牙、第一磨牙缺失并伴有基牙有Ⅰ度松动的患者1名,通过螺旋CT扫描,利用Materialise Mimics、Pro/Engineer WF 2.0软件和ANSYS Workbench软件建立精确的上颌三维有限元模型,并在其上进行垂直方向加载,分析比较分割式可摘局部义齿与缓冲圆锥型套筒冠义齿缺牙区黏膜及基牙牙周膜应力情况.结果 垂直载荷下,分割式可摘局部义齿缺牙区黏膜所受von Mises力值大于缓冲圆锥型套筒冠义齿缺牙区黏膜所受力值:分割式可摘局部义齿基牙牙周膜von Mises力值接近或小于缓冲圆锥型套筒冠义齿基牙牙周膜所受力值.结论 在垂直载荷下,通过与缓冲圆锥型套筒冠义齿相比,分割式可摘局部义齿具有减少基牙受力,保护基牙的功能.
