3、植入物形状、建模方法及硬化效应对机械性能的影响

植入物形状、建模方法及硬化效应对机械性能的影响

1. 实验测试方法

在骨科植入物研究中，为了评估螺钉与骨骼的相互作用，通常会进行拔出测试和压缩测试。
- 拔出测试 ：对螺钉施加轴向拔出位移。在实验中，使用LLOYD - INSTRUMENTS（型号LR 5 K）万能试验机和引伸计进行操作，轴向拔出速率为5 mm/min，并用NEXYGEN Plus软件分析结果。具体步骤如下：
1. 在合成骨的内侧部分钻出直径为3.4 mm的尺寸偏小的导向孔（n = 6）。
2. 手动插入直径为4.5 mm的自攻螺钉，插入深度为12个螺纹。
3. 设计实验装置将胫骨水平固定在试验机上，将螺钉固定在上钳口，然后进行轴向拔出操作。
- 压缩测试 ：仅限制骨骼底面的移动，在胫骨上表面施加三倍人体体重的压缩压力载荷，模拟患者行走周期中所能承受的最大载荷。

2. 自攻螺钉插入过程分析

自攻螺钉（TS - 模型）逐步插入尺寸偏小的导向孔，以模拟螺纹成型和切削对周围骨骼的影响。
- 插入初期 ：当插入深度为0.5螺距时，螺钉与骨骼初次接触，在皮质骨中产生高达180 MPa的高应力。这是由于螺纹的初次切削面导致应力峰值出现，同时骨骼材料在径向方向的挤出使导向孔直径增大，引起压缩变形。随着螺钉进一步挤压骨骼，会导致骨骼产生高达0.8的塑性变形（应变）。
- 完全插入后 ：当自攻螺钉插入12个螺距时，实现双皮质固定，对应骨骼的整个厚度。尽管插入深度增加，但皮质骨和松质骨中的最大应力和应变分别保持