抗应力遮挡内固定钢板的有限元分析

　　6抗应力遮挡内固定钢板的有限元分析志术1孕付。安2辛景义1邛宜键。天津市中西医结合骨科研宄所，天津3002；2天津大学。天津析。方法有限元分析中采用了1223个节点764个节点六面体等参元和3564个自由度。结果改进后的内固定钢板比原来的内固定钢板在正向力弯矩胗7和肘2的作用下，柔度分别，加了60130.861.2.结论改进后的钢板刚度和应力替代作用被降低。符合生物力学，内内定钢板生物力学内固定钢板是治疗骨折的常用手段。天津医院创伤个1科研究人。心将内古定钢板设成中心外形状，取得了较好的临床疗效。本文我们应用维有限元方法对其进行了应力和变形的分析。

　　1材料与方法i.i内固定钢板的形状及材料特忭改进设士前后的内固定钢板材料为不锈钢，其力学参数如下弹改进前后的内固定钢板结构都是关于72面和，2面对称的，假如结构的力边界和位移边界条件也是对称的，可以截取结构的半或分之进行分析，它完全代整个结构的受力状况，但为，更直观，我们特地没利用其对称性，而进行了整体分析。

　　内固定钢板的主要改进在钢板的中部，根据分析，选取中间段进行有限元分析可以对改进前后作量。为了减少载荷作用区域对计算结果的影响，分析段在色含中心2，的同时。还两侧延伸20 1.2内固定钢板的边界条件内，定钢板的受力主要是断骨两部分的受力通过螺丝钉传递过来的根据分析，断骨的受力主要是由正向力，拉或压，弯距和1纟1.成，为此在计兑分祈。对改进前后的内固定钢板都进行了种受力工况的分析比较。以上种受力1况，受力；关于面正付称1.2.1力边界条件根据以上分析，在计算中，选取拉力为2.4洲，弯距和，分别为1.6 1和4.81为减小结点上集作用力对计算结果的影响。分析中特别安装力学中应力与集中的关系，换算为面力施加到单元面上，受力是精确的。从结果看，的确没有集中力作用的影响，与预效果是致的。

　　1.2.2约束条件如上所述，内固定钢板几何形状和受力可认为是关于2面对称的，因此其应力应变和位移也应〉7血对称。闪为位移是相对景变，而应力和应变是绝对量，所以有限元模型的位移约束即不能产生刚体位移，也不能产生附加力，同时还至少应满足应力和应变关于7.而对称忭，根据以上限制，在分析中将，=3，截面上的。自由没约束，而，加力。

　　3单元划分由于内固定钢板存在固定孔，使结构复杂了。也必须用较多的，元才能模拟其形状，所以分析中选用高精度的维节点六面体等参元。未改进结构节点95个，单元752个，自由度3480个。改进结构节点1223个单元，764个，自由度3564个。

　　结果对于复杂结构的应力和强度进行数值分析，有限元是目前*有效*成熟且花费*小的数值方根据前述的边界条件和格如分形成计算数据，利，限儿分析软件818413.2，选取改进前后的内固定钢板差别*大的中间部分进行分析。在两段钢板端部分别施加同样大小的拉力正向弯，侧，比较它们的变形比例和应力比例。从而确定出承载替代作用的大小。1.

　　受力正向力正向位移10弯矩弯矩，弯矩弯矩未改进结构改进结构增大百分比3讨论从生物力学观点看，钢板内固定治疗骨折，尚存在着功能替代偏心受力，疲劳断裂等不足。由于加压钢板固定后，所用的钢板的刚度比皮质骨刚度大10倍左右，钢板替代了骨应该承受的载荷。钢板固定部位以内的骨质长期小经受应的应力刺激。即产生应力遮挡，使骨的重建受到影响，引起骨质疏松萎缩，取出钢板，有发生再骨折的可能。从中西医结合治疗骨折的观点。折后钢板内固定妨碍了筋束骨的生理机制，功能锻炼与活动下的肌肉收缩，与其说锻炼了骨路，不如说锻炼了钢板。

　　为了避免钢板使用中的弊端，近年来不少学者提出改进措施和研，出新的抗扭抗1性能的内固定材料。如，弘1仞合金，其刚度比普通钢板小或接近骨的刚度10设计的中心不锈钢，轴压缩刚度与骨相似，扭转及弯曲刚度比骨强，有利于骨折固定。达成共识的是，应用内固定钢板治疗骨折，为了避免应力遮挡，骨折旦愈合应尽早取出钢板，以便患肢在控制日常活动中逐渐承受载荷，使骨骼按正常功能状态塑形和重建。值得注意的是取出钢板后，局部应给予扮朗适当保护。

　　为防止偏心受力的发生，有时用预弯钢板，既将钢板中部相当于骨折部位隆起，钢板隆起部与骨面离开12，这样的钢板固定在骨上，使对侧断端比同侧有较大的压力，而使骨折端受力较均匀，从而避免了钢板对侧张口现象3.临床实践明，天津医院骨科设计的此种钢板，方面具有抗应力遮挡的特点，另方面也具有预弯钢板生物力学优点。

　　根据我们的计算结果，改进设计后内固定预弯钢板比原来的内固定钢板，在正向力弯距和1换句话说，刚度下降了相应的比例。因此在临床治疗中，改进后的内固定钢板在维持必要固定前提下，将承担相对较小的载荷，既对骨的应力替代作用减小。在临床实践中，创伤骨折的类型是复杂的，精确地分析内固定钢板与骨的应力替代关系有待于做大量的生物力学深入研运用维有限元方法对内固定进行应力和变形分析将发挥重要作⑴。

　　谢贻权，何福保。弹性和塑性力学中的有限单元法。北京机械工王小同，王志彬，师宜健，等。跟骨有限元计算和分析。生物医学工孟和，顾志取主编。骨伤生物力学。北京人民卫生出版社，1991.296.

　　收稿19905编辑李为农读者卞者编者。

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