全髋关节置换假体不同角度的生物力学特点(3)

Von Mises 应力：是基于剪切应变能的一种等效应力,其含义是当单元体的形状改变比能达到一定程度,材料开始屈服。Von Mises于1913年提出了一个屈服准则,这个屈服准则被称为Von Mises屈服准则。它的内容是：当点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时,材料就屈服;或者说材料处于塑性状态时,等效应力始终是一不变的定值。在弹塑性有限元计算中,屈服准则的数学描述是整个计算的核心。

王春成，等. 全髋关节置换假体不同角度的生物力学特点 P .O. Box 10002, Shenyang 110180

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图1 尸体标本骨盆标本示意图

Figure 1 Pelvic measurement at the cadaver specimens 图2 Dicom 数据导入Mimics 软件

Figure 2 Dicom data imported into Mimics software

图注：对志愿者骨骼进行CT 扫描，将CT 的Dicom 数据导入医学三维Mimics 软件，建立股骨和骨盆的模具，建立骨盆有限元模型。

图3 髋臼和股骨三维模型建立

Figure 3 Three-dimensional models of acetabulum and femur 图注：将Mimics 软件得到的三维模型进行光滑及网格划分处理。

表1 尸体标本不同角度下股骨柄周缘骨皮质和髋臼前后壁应变情况

(x _

±s ) Table 1 Stress changes at the bone cortex surrounding femoral shaft and acetabular anterior and posterior walls in the cadaver specimens at different angles

角度 n 股骨柄周缘骨皮质应变 髋臼前后壁应变 0°-35° 2 16.36±3.01 14.09±2.93 20°-15° 2 12.21±2.19 10.02±1.25 25°-10°

2

17.01±3.16

14.21±2.98

图4 不同角度下髋臼峰值Von Mises 应力情况

Figure 4 Peak von Mises stress in the acetabulum at dfferent angles

图注：图中A 为股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾35°下髋臼峰值Von Mises 应力；B 为股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下髋臼峰值Von Mises 应力；C 为股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下髋臼峰值Von Mises 应力。

图5 不同角度下髋臼杯峰值Von Mises 应力情况 Figure 5 Peak von Mises stress in the acetabular cup at different angles

图注：图中A 为股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾35°下髋臼杯峰值Von Mises 应力；B 为股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下髋臼杯峰值Von Mises 应力；C 为股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10º下髋臼杯峰值Von Mises 应力。

图6 不同角度下内衬Von Mises 应力情况 Figure 6 Peak von Mises stress in the lining at different angles

图注：图中A 为股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾 35°下内衬峰值Von Mises 应力；B 为股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下内衬峰值Von Mises 应力；C 为股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下内衬峰值Von Mises 应力。