载荷速率对股骨颈骨折裂纹扩展影响的有限元分析

被引：10

作者：

郑利钦 ^{[1
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林梓凌 ^{[2
,3
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陈心敏 ^{[1
]}

梁子毅 ^{[1
]}

李木生 ^{[1
]}

郑永泽 ^{[1
]}

机构：

[1] 广州中医药大学第一临床医学院

[2] 广州中医药大学第一附属医院创伤骨科

[3] 广州中医药大学岭南医学研究中心

来源：

中国组织工程研究 | 2019年 / 23卷 / 20期

关键词：

跌倒载荷速率; 股骨颈骨折; 裂纹扩展; 断裂力学; 有限元; 跌倒; CT数据; 股骨头下骨折;

D O I：

暂无

中图分类号：

R683 [骨折、骨的损伤];

学科分类号：

100220 [骨科学];

摘要：

背景:骨折发生发展是个动态过程,传统有限元方法不能很好地预测及展示骨折发生的确切起点、骨质断裂过程及该过程的应力、应变、裂纹扩展情况。目的:模拟不同跌倒载荷速率对股骨颈骨折裂纹扩展的影响。方法:将1名健康志愿者的股骨原始CT数据导入Mimics19.0软件,经区域增长、编辑笼罩、光滑、包裹等重建股骨近端三维有限元模型,并在Hypermesh14.0中进行松质骨、皮质骨网格划分、定义材料属性、设定边界条件、模拟股骨内旋、内收位跌倒状态、加载载荷-时间函数[F1=2500t、F2=(10000/3)t、F3=5 000t、F4=10 000t]等前处理,将生成的K文件导入LS-DYNA求解器中运算。结果与结论:(1)骨折起始裂纹均出现在股骨颈下后方,初始裂纹长度呈载荷速率依赖性;(2)皮质骨断裂时的最大应力均分布在股骨颈后外侧,随着载荷速率升高,应力分布从转子间逐渐向股骨颈缩小;(3)股骨颈的压缩应变主要集中在股骨颈下后方,在裂纹走行处出现最大应变值;(4)载荷速率越高皮质骨越早发生断裂,断裂历程越短,裂纹扩展速率越高,骨折线逐渐变粗糙并上移,形成头下型骨折,同时Pauwels角也随之增大;(5)结果说明,载荷速率会改变股骨颈骨折裂纹扩展行为,进而影响髋部骨折类型。

引用

页码：3148 / 3152

页数：5

共 20 条

[1]

Strain rate dependency of bovine trabecular bone under impact loading at sideways fall velocity.[J].William S. Enns-Bray;Stephen J. Ferguson;Benedikt Helgason.Journal of Biomechanics.2018,

[2]

Micro-finite-element method to assess elastic properties of trabecular bone at micro- and macroscopic level.[J].R. Rieger;J.C. Auregan;T. Hoc.Morphologie.2018, 336

[3]

Numerical Modelling of Femur Fracture and Experimental Validation Using Bone Simulant [J].