镁合金钢板内固定治疗胫骨中段骨折的有限元分析

运用有限元分析法, 评价镁合金、钛合金、不锈钢3种不同材料在治疗胫骨干骨折的力学性能差异. 以Dicom格式导入Mimics 20.0软件中建立胫骨三维模型, 并运用Geomagic与Solidwork软件制作胫骨骨折内固定模型, 将上述模型导入Workbench 2020软件中, 赋予材料属性, 给予轴向载荷、扭转载荷2种加载模式, 分析3种材料的应力和位移. 在600N轴向加载模式下, 钛合金内固定应力为(117.42±0.07)MPa, 位移为(0.73±0.11)mm; 镁合金内固定应力为(117.11±0.04)MPa, 位移为(0.82±0.08)mm; 不锈钢内固定应力为(117.53±0.03)MPa, 位移为(0.62±0.13)mm. 在30N?mm扭转加载模式下, 钛合金内固定应力为(174.50±0.33)MPa, 位移为(0.75±0.07)mm; 镁合金内固定应力为(168.75±0.15)MPa, 位移为(0.82±0.16)mm; 不锈钢内固定应力为(176.23±0.51)MPa, 位移为(0.61±0.13)mm. 结果表明: 2种不同加载模式下3种不同材料的内固定结果数值差异不大, 镁合金内固定与钛合金内固定、不锈钢内固定力学性能相似, 而镁合金更亲和人体, 可以代替传统医用金属材料用以治疗胫骨中段骨折.     

生物可降解镁合金骨科植入材料的临床应用及其有限元分析

在骨-器械界面建立和维持成熟骨是骨科植入材料长期成功的关键. 镁合金由于其生物可降解性、天然骨组织的力学相似性以及成骨潜力, 并且在体内不抑制间充质干细胞(hBMSCs)的成骨特性, 成为有前途的承重骨科植入物的候选材料. 但其高降解率和植入物相关感染的风险以及不佳的力学性能, 对其临床应用提出了巨大的挑战. 有限元分析方法能对复杂结构、形态、载荷和材料力学性能进行应力分析, 可有效地帮助临床医生了解镁合金植入器械的应力及生物力学性能.     

新型镁合金螺钉体外腐蚀降解及细胞活性研究

研究了基于NZ30K合金开发的新型Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.2Mn镁合金耐腐蚀性、体外降解行为特性及浸提液细胞生物毒性. 采用金相显微镜得到新型镁合金金相显微图, 采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)获取SEM图; 采用武汉科思特电化学工作站进行电化学测试, 并绘制动电位极化曲线, 以磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffer Solution, PBS)模拟体液环境, 记录氢气析出体积并计算腐蚀速率; 利用细胞完全培养基测定pH值、重量变化曲线; 获取大鼠骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cells, BMSCs), 并利用完全细胞培养基制作新型镁合金浸提液, 检测细胞生物活性, 以ZA75镁合金为基础添加0.3%Mn元素制成合金作为对照组, 比较腐蚀电位、体外降解情况以及细胞活性. 结果表明: 新型Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.2Mn镁合金横截面等轴晶体组织细小均匀性较好, 纵截面呈长条状组织均匀性稍差; 自腐蚀电位较高, 为-1.3912V; 自腐蚀电流密度较低, 为7.37×10-7 A?cm-2; 体外析氢量低, 失重量、pH值变化幅度相对较小; 降解速率下降后呈现小范围上升后趋于平缓; 具有良好的细胞相容性, 可以促进BMSCs细胞增殖分化.     

新型稀土镁合金螺钉体内促骨修复及体外生物相容性研究

为测试新型稀土镁合金的生物相容性及降解产物致敏性; 评价新型稀土镁合金螺钉对骨伤模型的治疗效果, 基于NZ30K镁合金添加Mn元素制成新型稀土镁合金, 并通过后期加工制成不同规格的螺钉. 将稀土镁合金螺钉浸入磷酸盐缓冲液中制作浸提液, 于大鼠后肢背部皮下注射, 观察浸提液皮下致敏性. 将螺钉打磨制成圆片植入到大鼠皮下, 观察皮下降解产气情况, 以可吸收骨蜡作为对照同位置皮下植入. 建立兔骨损伤模型, 将稀土镁合金植入, 定期拍摄X光检查螺钉降解情况, 按照时间顺序分别于8周、12周、16周处死实验兔制作肝肾切片、骨切片, 评价肝肾毒性及体内降解情况; 同期以ZA75镁合金为基础添加0.3% Mn元素制成新镁合金, 作为对照组对比稀土镁合金对大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化效果. 将浸提液过滤稀释后添加至细胞培养板中, 加入成骨诱导液培养, Westernblot蛋白电泳实验测定骨保护蛋白(OPG)表达情况. 新型稀土镁合金浸提液未表现出致敏性, 皮下降解结果显示植入初中期有气腔产生, 中后期气腔消失, 镁合金完全降解; 组织切片显示, 兔股骨螺钉植入在前中期有一定肝肾毒性, 植入中期促骨生长效果相较于前期更为明显, 植入后期未见明显肝肾毒性, 螺钉降解完全, 植入部位骨质增强; 兔股骨植入降解结果显示植入前期未观察到明显的促进骨生长效果, 螺钉与骨质嵌合紧密, 植入中期促骨生长修复效果呈现, 局部骨组织出现膨隆包裹住螺钉降解产物, 植入后期螺钉完全降解, 植入位置有一小孔未闭合, 股骨近端明显膨隆; 蛋白电泳实验显示, 新型稀土镁合金浸提液可增加OPG表达, 具有良好的生物相容性. 基于NZ30K开发的新型稀土镁合金在动物实验及细胞实验阶段表现出良好的生物相容性, 可为临床应用提供一定参考.     

基于磁流变液的回转式阻尼器设计与有限元分析

根据磁流变液在磁场作用下可进行固-液转换的特点,设计了一种回转式阻尼器,并建立了相应的阻尼器力矩模型,又利用ANSYS 9.0软件对其磁场分布进行了仿真.总结了设计磁流变阻尼器应注意的问题,为磁流变液阻尼器的结构设计和制作提供了相应的理论依据.     

奉化江大桥结构稳定性有限元分析

鉴于奉化江大桥复杂的空间结构形式,应用通用有限元程序Marc和杆系单元建立有限元模型,分析其在各种荷载条件下的强度、刚度和稳定性,确定各结构单元的材料性质、截面几何性质、边界条件等因素,然后计算其在各荷载工况下的位移和失稳形态．结果表明：该桥的刚度和稳定性满足安全要求     

解三维Stokes方程的Q./Q。有限元分析

本文给出了解三维Stokes方程的Q:/Q。有限元的梯度算子核的特征，证明了广义的LBD条件     

螺旋线螺纹模型的有限元分析

针对精细化模型与Abaqus摩擦模型所存在问题, 提出一种基于螺纹几何特征的螺旋线螺纹模型, 采用脚本语言实现了螺旋线螺纹模型生成自动化, 并应用到某发动机机体主轴承盖螺栓螺孔的强度分析. 分析结果表明, 仿真计算得到的螺栓及机体螺孔处的应力很好地表征了螺栓连接结构螺纹处的实际应力分布, 与螺纹精细模型相近, 比Abaqus摩擦模型精度更高, 且计算方便、实用、高效, 验证了本文方法的准确、可行.     

3D打印结合内固定模型库辅助复杂胫骨平台骨折精确化内固定手术

本研究旨在通过应用3D打印导航模板辅助复杂胫骨平台骨折内固定植入手术, 提高内固定手术的精确性. 采用5例正常膝关节尸体标本进行Schatzker V型骨折造模, 骨折模型进行CT扫描三维重建, 结合钢板模型库进行虚拟个性化内固定手术. 根据虚拟的优化内固定手术方案设计并3D打印个性化导航模板, 引导现实的骨折标本内固定手术. 通过虚拟术前规划(术前)和标本实验(术后)的螺钉长度、进钉点位置以及方向的对比分析来评估内固定效果, 结果提示本实验获得了优化、精确的内固定效果. 螺钉长度差异为(0.89±2.94)mm, p>0.05; x, y和z轴进钉点差异分别为(1.19±1.31), (1.73±1.31)和(1.22±0.88)mm, p>0.05; 冠状面(x-y)和横断面(x-z)的投影角差异分别为(2.99±2.98)°和(1.57±5.13)°, p>0.05. 以螺钉长度、进钉点位置和钉道投影角进行评估术前和术后的钉道差异, 结果提示二者无明显差异. 在钢板模型库和个性化导航模板的辅助下可以获得理想和精确的内固定植入方案, 提高个性化内固定手术的精确性和有效性     

基于有限元分析的平面桁架结构优化设计研究

优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。本文探讨了在有限元分析基础上对结构进行优化设计的理论和方法，结合ANSYS软件，对其中的一些关键问题进行了研究。通过对一个平面桁架结构工程实例的优化设计计算，检验了该方法的效率，研究了影响桁架结构优化设计的主要因素．供工程技术人员进行设计和分析时参考使用。     

3D打印技术在严重骨盆髋臼骨折内固定手术中的应用

通过采集严重骨盆髋臼骨折患者的薄层CT扫描数据, 在Mimics中进行图像编辑、三维重建及分析总结, 探讨3D打印技术在严重骨盆髋臼骨折内固定手术中的应用. 结果表明, 3D打印技术有利于术前进行手术设计、术前预弯钢板, 有利于判断畸形及术中在确定截骨部位、复位的关键标记以及判断复位质量. 3D打印技术具有快速性、高仿真性、高成功率及通用性意义, 具有推广价值.