16、胸骨假体与肋骨骨折固定器的创新设计与研究

胸骨假体与肋骨骨折固定器的创新设计与研究

胸骨假体的数值分析

胸骨在人体呼吸过程中起着重要作用，对于部分或全部胸骨切除的患者，开发一种有效的胸骨假体至关重要。研究人员设计了一种顺应性机制的胸骨假体，并对其进行了数值分析。
- 边界条件设定 ：该机制在所有孔处固定，在每个臂的末端施加30.25 N的力，此末端与肋骨的自由段固定。
- 数值分析结果
- 应力集中 ：通过有限元分析（FEM），确定了机制中应力集中最大的区域，最大值为558 MPa（红色标识），应力集中最低的区域应力值为181 Pa（深蓝色标识），还有绿色区域应力集中达到827 MPa。
- 位移情况 ：对整个运动机制进行了吸气过程的数值模拟。结果显示，机制上臂的最大位移达到14.9 mm，下臂的位移在7.45 - 9.93 mm之间。
- 疲劳寿命 ：进行疲劳分析以确定顺应性机制能承受的循环次数。结果表明，几乎整个机制都能承受高循环次数，达到1 × 10⁷次，但部分区域（如蓝色区域）的使用寿命会降低至9.05 × 10⁵次。
- 模型离散化 ：使用1 mm的四面体单元对三维模型进行离散化，得到75,806个节点和28,430个单元，其中92%的单元偏斜度达到1。
- 结果讨论 ：数值分析结果表明，该机制的形状和材料能够承受所施加的载荷，因为最大应力集中达到558 MPa，而材料的屈服应力为827 MPa。模拟中观察到机制的臂部产