换一批功能梯度材料全踝关节假体力学响应的有限元分析
Mechanical Response of Functionally Graded Materials Total Ankle Prosthesis:A Finite Element Analysis
摘要目的 研究分别植入径向和轴向功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)踝关节假体后,胫骨假体与胫骨远端松质骨的力学响应.方法 使用 3 种FGM,分别为钛合金-生物活性玻璃复合FGM(FGM-Ⅰ)、钛合金-理想骨弹性材料复合FGM(FGM-Ⅱ)、钛合金-羟基磷灰石复合FGM(FGM-Ⅲ).建立全踝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件ABAQUS基于Fortran进行二次开发,通过改变体积分数,在轴向和径向上调整所建功能梯度胫骨假体的力学特性.分析FGM轴向和径向胫骨假体植入后,在站立位工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布.结果 与钛合金胫骨假体相比,3 种FGM均可有效减小胫骨假体上的应力集中,其中FGM-Ⅲ胫骨假体总体效果优于 FGM-Ⅰ和 FGM-Ⅱ胫骨假体,且相对于轴向分布而言,FGM 沿径向分布可以有效降低假体的最大von Mises应力.对于胫骨松质骨,3 种FGM径向胫骨假体和FGM-Ⅲ轴向胫骨假体均能有效增加其远端应力,从而减轻松质骨上的应力遮挡,其中FGM-Ⅲ径向胫骨假体最为有效地改善了松质骨上的应力水平.结论 FGM-Ⅲ径向踝关节假体可以有效降低假体上的应力集中现象并减小应力遮挡效应,以此达到延长假体寿命的目的,具有潜在的应用前景.
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关键词
功能梯度材料踝关节假体应力遮挡有限元分析functionally graded materials(FGM)ankle prosthesisstress shieldingfinite element analysis
分类号
R318.01（医用一般科学）
栏目名称
DOI
10.16156/j.1004-7220.2024.05.013
发布时间
2024-11-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
基金项目
山西省自然科学基金委员会面上项目（202203021221076）
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