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正常髋部与佩戴保护支具髋部的有限元对比分析
背景:有限元法因其具有不受样本量限制,实验误差小,重复性好等优点而成为防滑倒生物力学研究的重要手段.目的:建立正常骨盆以及佩戴护具骨盆的三维有限元模型,分析滑倒过程中骨盆各部位的应力、应变和位移分布,验证护具的有效性.方法:以中国数字人原始资料应用Abaqus 6.51软件构建正常骨盆以及佩戴护具骨盆的三维有限元模型,固定约束地面刚体,对整个骨盆模型加载2 m/s的速度载荷,程序运算后观测骨盆模型佩戴护具前后的应力、应变及位移随时间的变化规律和分布云图.结果与结论:与未佩戴护具比较,佩戴护具时滑倒过程中骨盆与地面的接触力、骨盆与地面产生大接触力时松质骨大压缩应变、大转子以及股骨颈周围应变大值、大转子和股骨颈附近的大von-Mises应力值、大转子和股骨颈处的平均应力值等均明显减小.提示髋部保护支具对大转子具有保护作用,能有效降低人体滑倒时转子间骨折的发生率.
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侧向冲击载荷作用下髋护具对股骨-骨盆复合体生物力学响应的影响
目的 利用三维有限元法研究髋部护具对人体股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下生物力学响应的影响.方法 基于中国力学虚拟人模型库建立股骨-骨盆-软组织复合体的三维有限元模型,包括皮质骨、松质骨和软组织,并在此基础上建立髋部护具和股骨-骨盆-软组织复合体系统的三维有限元模型；同时,在两个模型中构建刚体平面仿真地面.约束地面刚体,对两个模型均施加侧向2 m/s的速度载荷,整个仿真分析时间设定为20 ms.通过三维有限无分析计算获得两模型受侧向冲击载荷过程中应力、应变变化特性,对比分析髋部护具对股骨-骨盆复合体生物力学响应的影响.结果 髋部护具使股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下的应力峰值出现时间提前4ms以上,且应力应变水平出现大幅度降低；皮质骨上的应力峰值降低67.88％以上,松质骨上的峰值应力下降69.34％以上,松质骨上的压缩主应变峰值降低可达63％.结论 在侧向冲击载荷作用下,髋部护具对股骨-骨盆复合体具有良好的保护作用,能够有效预防骨折的发生或降低骨折风险.
