СОҢҒЫ ЭЛЕМЕНТ ӘДІСІМЕН ҚҰЛЫПТАМАЛЫ ШТИФТТЕРДІ МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУ
Кіріспе. Ортопедиялық құрылғылардың жаңа түрлерін ойлап шығару және оларды қолданысқа енгізу көптеген қиын биомеханикалық, биофизикалық және технологиялық мәселелерді шешуге мүмкіндік береді. Осы мақалада соңғы элемент әдісі көмегімен берілген бір уақыт барысында осы жүйеде жүргізілген имитациясы сипатталатын штифттің математикалық моделі қарастырылуда.
Материалдар және әдістер. Бірінші этаппен 3D модельдің геометриясын анықтаймыз және оны орындаймыз. Геометрияны таңдау барысында модельді құраймыз. Екінші этаппен модельге есептеу торшасын құру үшін соңғы элементтің формасы мен көлемін анықтап алуымыз керек. Механикалық және беріктік қасиетін анықтау этапы кезінде материалдың құрамы, тығыздығы, төзімділік модулі, эксперимент кезіндегі жүйенің температурасы көрсетілуі қажет. Геометриялық модельді жүзеге асыру үшін штифттердің екі түрі таңдалып алынды: зерттелініп отырған эластикалық құлыптымалы штифт (үлгі 1) және ChM фирмасының интрамедуллярлы құлыптымалы штифті (үлгі 2). Торшаларға бөлу SolidWorks бағдарламалы пакетінде орнатылған стандартты рәсім арқылы жүргізілді.
Нәтижесі. Кернеудің минимальді көрсеткіші 1 үлгіде 2 үлгіге қарағанда 2200 есе аз. Кернеудің максимальді көрсеткіші 1 үлгіде 2 үлгіге қарағанда 14 есе аз. Осындай салыстыру нәтижесінде 2 үлгіде кернеудің максимальді көрсеткішіне байланысты оның беріктігі 3,2 есе төмен екенін көрсетеді. Сонымен, 1 үлгінің мықтылығы орасан зор болуына байланысты оны өте ауыр жүктемелерде қолдануға мүмкіндік береді. Яғни, аталған құрылғыны дене массасы ауыр науқастарға кеңінен қолдануға болады.
1 үлгіде жоғарғы бөлігі минимальді кернеуді өзіне алады, ал төменгі жағы оған қарағанда көбірек жүктеме қабылдайды, бірақ кернеудің таралуы 2 үлгіге қарағанда барлық жерінде бірдей. Максимальді кернеу төменгі жағына, яғни, штифт пен құлыптамалы бұранда жанасқан жеріне келеді. Кернеудің бұлай таралуы және аса мағынасыз болуы біздің ойымызша 1 үлгідегі құрылғының ерекшелігіне байланысты.
Қорытынды. Эластикалық құлыптамалы штифт ChМ фирмасының штифтіне қарағанда жоғары беріктілік қасиетімен және пайдалануға оңай болуымен ерекшеленеді.
Негізгі сөздер: штифттің моделі, математикалық модельдеу, кернеу, құлыптамалы штифт.
Ернар Н. Токтаров 1, http://orcid.org//0000-0002-5166-243X
Марат А. Жанаспаев 1, https://orcid.org//0000-0002-0610-0112
Айдос С. Тлемисов 1, http://orcid.org//0000-0002-4239-6627
Нурлан А. Бокембаев 1, http://orcid.org//0000-0003-4140-1831
Людмила А. Ерыгина 2, http://orcid.org//0000-0002-6126-1381
Аян О. Мысаев 1, http://orcid.org//0000-0001-7332-4856
1 Семей қаласының Мемлекеттік медицина университеті,
Семей қ., Қазақстан Республикасы;
2 Қазақстан Республикасының ұлттық ядролық орталығы,
Курчатов қ., Қазақстан Республикасы.
Литература:
1. Аверилл М. Лоу, В.Дэвид Кельтон Имитационное моделирование – СS. 3-е издание.– СПб.: Питер. 2004. 847 с.
2. Алямовский А.А. Инженерный анализ методом конечных элементов.– М.: SolidWorks/COSMOSWorks. ДМК Пресс, 2004. 432 с.
3. Берлин А.А., Балабаев Н.К. Имитация свойств твердых и жидких тел методами компьютерного моделирования // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 11. С. 85-92.
4. Бушманов А.В., Еремин Е.Л. Методика имитационного моделирования механического поведения фиксирующих устройств в травматологии // Вестник ТОГУ. 2009. № 4 (15). С. 61-70.
5. Верховодов А.Ю., Иванов Д.В. Применение метода конечных элементов для сравнительной оценки стабильности остеосинтеза оскольчатых диафизарных переломов костей голени блокируемыми интрамедуллярными стержнями и аппаратами наружной фиксации // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. http://science-education.ru/ru/article/view?id=6905
6. Жанаспаев М.А., Мысаев А.О., Бахтыбаев Д.Т., Зейнеев Р.Т., Сурков С.В., Токтаров Е.Н. Евразийский патент на изобретение №020632 «Эластичный штифт для блокирующего остеосинтеза перелома длинной трубчатой кости» от 30.12.2014 г.
7. Князева А.Г. Теплофизические основы современных методов металлообработки: пособие для подготовки курсовых проектов по курсу лекций portal.tpu.ru:7777/SHARED/a/AGKNYAZEVA/predmet/Tab2/posobie.pdf
8. Левадный Е.В., Дзюба А.П. Конечноэлементное моделирование состояния бедренной кости при переломах проксимального отдела, фиксируемого различными конструкциями // Проблеми обчислювальноi механіки і міцності конструкцій. 2014. Вып. 23. С. 85-95.
9. Марченко В.М., Можей Н.П., Шинкевич Е.А. Эконометрика и экономико-математические методы и модели. В 2 ч. Ч. 2. Учеб. пособие для студентов учреждений высшего образования по экономическим специальностям.– Минск: БГТУ, 2012.– 214 с.
10. Никифоров Р.Р., Куценко С.Н., Костандов Ю.А. и др. Механико-математическая модель системы металлоостеосинтеза и расчет ее напряженно-деформированного состояния // Травма. 2013. Т.14. № 13. С. 43-51.
11. Рубникович С.П., Наумович С.А. Методы определения напряженно-деформационного состояния твердых тканей зубов и ортопедических конструкций // Медицинский журнал. 2008. № 1. https://medmag.bsmu.by/category23/article1093/
12. Ситник А.А., Ковеня А.С., Ковеня Т.А., Чернышев Д.А. Моделирование напряженно-деформированного состояния системы «большеберцовая кость – фиксатор» // Механика машин, механизмов и материалов. 2012. № 1 (18). С. 90-95.
13. Ямщиков О.Н. Компьютерное моделирование в травматологии и ортопедии (обзор литературы) // Вестник ТГУ. 2014. Т.19, вып.6. С. 1974-1979.
14. Duan Y., Wang H.H., Jin A.M. et al. Finite element analysis of posterior cervical fixation // Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research. 2015. Vol.101. PP. 23–29.
Библиографиялық сілтемелер
Токтаров Е.Н., Жанаспаев М.А., Тлемисов А.С., Бокембаев Н.А., Ерыгина Л.А., Мысаев А.О. Соңғы элемент әдісімен құлыптамалы штифттерді математикалық модельдеу / / Ғылым және Денсаулық сақтау. 2017. №6. Б. 101-115.