步态变化对人体膝关节接触生物力学特性的影响

步态变化对股胫关节接触生物力学特性影响的量化研究对人们认识关节的力学行为,保护关节减少伤害非常重要。通过含半月板、股胫关节软骨和股骨、胫骨三维实体的膝关节有限元模型,仿真分析了在步态发生变化时膝关节股胫关节的接触力学特性。仿真分析表明:步态变化后股胫关节内外侧接触面积和接触应力发生了变化,内收外展角度的变化比内外旋角度的变化对膝关节生物力学特性的影响大,膝关节外旋同时出现外展时会加重股胫关节外侧的应力。     

步态变化对人体膝关节接触生物力学特性的影响

步态变化对股胫关节接触生物力学特性影响的量化研究对人们认识关节的力学行为,保护关节减少伤害非常重要。通过含半月板、股胫关节软骨和股骨、胫骨三维实体的膝关节有限元模型,仿真分析了在步态发生变化时膝关节股胫关节的接触力学特性。仿真分析表明:步态变化后股胫关节内外侧接触面积和接触应力发生了变化,内收外展角度的变化比内外旋角度的变化对膝关节生物力学特性的影响大,膝关节外旋同时出现外展时会加重股胫关节外侧的应力。     

人体关节接触力学、摩擦学与假体材料

人体关节与软骨的力学性能和生物学行为 ,关节的保健与康复 ,均受关节软骨承受的载荷的影响 .研究关节在静、动载荷下 ,两相软骨层的接触力学与摩擦学对临床医学和假体移植以及仿生机械均有重要意义 .这里对有关接触力学、计算模型、边界摩擦模型以及关节移植假体材料摩擦学特性的近期研究成果与以综述     

膝关节三维有限元模型的建立及分析

通过CT扫描数据和三维重建软件,建立考虑半月板,软骨和韧带的包括完整股骨、胫骨、腓骨的全膝关节三维有限元模型,进行单双腿站立两种工况的数值模拟.计算结果表明:单腿支撑时膝关节的应力大于双足站立时的应力.软骨和半月板,均是内侧受力较大易磨损;半月板内缘所受接触应力相对较大,导致内缘容易磨损.半月板在传递载荷中起十分重要的作用,膝关节中半月板磨损或缺失会导致关节内部载荷传导发生变化,导致应力分布不均,造成关节疾病的进一步恶化.文中结果表明:考虑半月板,软骨和韧带的全膝关节模型能够正确反应膝关节在生理载荷作用下的力学行为,半月板在膝关节承载中起重要作用,保护半月板免受伤害,对于保护膝关节具有重要意义,文中工作对膝关节保护、康复以及假体设计和优化有指导意义.     

人体关节接触力学,摩擦学与假体材料

人体关节与软骨的力学性能和生物学行为，关节的保健与康复，均受关节软骨承受的载荷的影响，研究关节在静，动载荷下，两相软骨层的接触力学与摩擦学对临床医学和假体移植以及仿生机械均有重要意义。这里对有关接迷，计算模型，边界摩擦模型以及关节移植假体材料摩擦学特性的近期研究成果与以综述，并指出有待深入研究的课题。     

兔膝关节骨关节炎模型建立的探讨

摘要: 目的 探讨应用前交叉韧带和内外侧半月板切除的方法制作骨关节炎( OA) 动物模型的可行性及可靠性。 方法 成年雄性新西兰大白兔 20 只,于右后肢膝关节切断前交叉韧带和切除内外侧半月板,左后肢仅打开关节 囊,不对关节内部进行操作,观察术后兔子活动情况; 于第 2、6、10 周处死,观察其左、右两侧后肢膝关节软骨病理 改变。实验动物 2、6、10 周后取右后肢膝关节软骨为实验组,左侧肢体膝关节软骨标本为对照组,比较两组软骨病 变情况。结果 2、6、10 周后,从实验动物活动表现和大体标本观察,兔右后肢膝关节均呈典型的 OA 特征。结论 前交叉韧带和内外侧半月板切除是一个制作 OA 动物模型的较为理想的方法。     

计入丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能半解析法研究

为研究计入丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能,在计入泊松比效应和接触变形等影响下,建立轴向拉伸和扭转载荷下钢丝绳股数学模型,并使用半解析法(SAM)对该模型进行求解。在使用SAM时,利用共轭梯度法求解出丝间接触压力,利用快速傅里叶变换加快接触变形计算。对上述模型和方法的有效性进行证实。研究结果表明:采用SAM可实现考虑丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能快速而准确的求解,且计算效率远比有限元仿真的高;在轴向拉伸过程中,芯丝比侧丝承受的拉伸载荷大;增大轴向扭转载荷会导致侧丝轴向应变,以及芯丝和侧丝间的接触压力、接触变形与接触半宽的增加;芯丝和侧丝间的接触以及侧丝的缩径,会导致侧丝轴线的螺旋半径略有减小。     

不同屈曲状态下固定轴和移动轴膝关节胫-股关节的生物力学变化

全膝关节置换术是治疗膝关节疾病有效方法,但对于固定轴和移动轴膝关节假体的优劣还未有统一的观点。以往对两种假体也有对比验证,但绝大多数都是静态模拟。首先构建健康自然膝关节有限元模型,然后分别建立含有上述两种假体的膝关节,通过动态模拟膝关节屈膝运动,计算出胫-股关节的接触应力和接触面积变化。结果发现:固定轴和移动轴人工膝关节在0°～90°屈膝角度下随着角度增大,接触区域由胫骨衬垫的前方转移到其的后方,胫-股关节接触应力不断变大,在90°时达到最大。移动轴间的胫-股关节接触压力始终小于固定轴,接触面积始终大于固定轴。随着屈膝角度加深,两种假体聚乙烯垫上的接触应力逐渐变大,接触面积随着逐渐变小。且两种假体接触应力无显著性差异,而假体接触面积有显著性差异。结果显示:在接触应力相同的情况下,接触面积越大,越不容易产生应力集中,越不易发生磨损,有助于延长膝关节使用寿命,因此移动轴膝关节假体优于固定轴膝关节假体。此研究可为临床假体移植类型的选择提供一定参考。     

3D粗糙表面的数字化表征与接触特性分析

为了研究粗糙表面的复杂接触力学行为,提出了一种关于微观两粗糙表面接触的有限元分析方法.通过3D粗糙表面的数字化表征方法,获得了具有不同统计特征的高斯或非高斯粗糙表面,在此基础上,通过自下而上的三维建模与六面体网格划分,构建了两粗糙表面接触的精细有限元分析模型.在不同法向载荷的作用下,分析了微观结合面的变形、接触压力、真实接触面积等接触特征及其加载卸载特性,揭示了结合面的力学行为规律,为微观粗糙表面的性能预测提供了一种有效的途径.     

犁式滑雪转弯膝关节软骨有限元分析

随机挑选200名实验对象,记录他们的基本信息、关节角度和滑行速度,对其中181个有效数据进行分析.根据1名志愿者的MR,CT数据建立了膝关节140°软骨与骨的三维模型.根据运动学分析结果和膝关节解剖学结构定义载荷及约束,在Abaqus 6.14中得出转弯膝软骨应力集中出现的位置.研究结果表明:体重过大、速度过快时应适当增大转弯半径以减少向心力对膝关节软骨施加的应力;犁式转弯的过弯速度应控制在3 m/s之内.