МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БЛОКИРУЕМЫХ ШТИФТОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Введение. Внедрение и использование новых типов ортопедических конструкций предполагает решение сложных биомеханических, биофизических, технологических проблем. В настоящей статье рассматривается математическая модель штифта, описанная с помощью метода конечных элементов, и имитация явлений, происходящих в этой системе с течением времени.
Материалы и методы. На первом этапе определяем и выполняем геометрию 3D модели. В зависимости от выбора геометрии проводим построение модели. На втором этапе необходимо определить форму и размеры конечных элементов для наложения на модель расчетной сетки. На этапе задания механических и прочностных свойств указываются состав материала, его плотность, модуль упругости, температура системы во время эксперимента. Для реализации геометрической модели были выбраны два вида штифтов: исследуемый эластичный блокируемый штифт (образец 1) и блокируемый интрамедуллярный стержень фирмы ChM (образец 2). Разбиение сетки проводили стандартной процедурой, встроенной в программный пакет SolidWorks.
Результат. Минимальное значение напряжения в образце 1 в 2200 раз меньше, чем в образце 2. Максимальное значение напряжения в образце 1 в 14 раз меньше по сравнению со значением в образце 2. В образце 2, при аналогичном сравнении, получаем максимальное напряжение в 3,2 раза меньшее предела текучести. Таким образом, образец 1 обладает значительным запасом прочности, что позволяет использовать его при больших нагрузках и, соответственно, применять для пациентов с большей массой тела.
В образце 1 верхняя часть испытывает минимальные напряжения, а нижние составные части нагружены немного больше, однако распределение напряжение по всей их длине равномерное и на порядок ниже, чем в образце 2. Максимальное напряжение приходится на нижнюю часть в месте крепления штифта блокирующим винтом. Такое распределение напряжений и их невысокие значения, по нашему мнению, связаны с особенностью составной конструкции образца 1.
Заключение. Эластичный блокирующий штифт обладает повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками по сравнению со стержнем фирмы ChМ.
Ключевые слова: модель штифта, математическое моделирование, напряжение, блокируемый штифт.Библиографическая ссылка
Токтаров Е.Н., Жанаспаев М.А., Тлемисов А.С., Бокембаев Н.А., Ерыгина Л.А., Мысаев А.О. Математическое моделирование блокируемых штифтов методом конечных элементов / / Наука и Здравоохранение. 2017. №6. С. 101-115.