Розробка підсистеми дослідження експериментальних конструкцій для армування стегнової кістки.
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.3.62.2020.14Ключові слова:
тривимірне моделювання, система ANSYS, мова програмування Python, профілактичне армування, імплантати, метод кінцевих елементів, аналіз на міцність, розрахунок навантаженьАнотація
Армування кістки є одним з самих ефективних хірургічних втручань, а розробка, вдосконалення і виробництво імплантатів спрямовано на створення якісних, надійних конструкцій, здатних зберігати свої функціональні властивості упродовж тривалого часу. Одним з найважливіших етапів розробки і проектування силових конструкцій, що імплантуються, є біомеханічне обґрунтування їх працездатності і надійності. В статті наведено розробку та апробацію програмної підсистеми дослідження експериментальних конструкцій для превентивного армування стегнової кістки, вивчення особливостей створення таких систем. Підсистема проектування, запропонована в статті, є допоміжним модулем для програмного забезпечення Ansys, написаний на мові програмування Python в середовищі PyScripter. Він дозволяє побудувати якісну картину напружено-деформованого стану в деякому вибраному об’ємі шийки стегна, провести уточнення сітки кінцевих елементів та завдання крайових умов, що в свою чергу використовується для проведення математичного розрахунку напруженого стану. Дослідження включає розрахунок напружених станів у інтактній двошаровій кісці для виявлення критичних точок – точок початку руйнування кортикального слою кістки. Розрахунковий модуль, що створено, полегшує взаємодію с програмним забезпеченням, дозволяючи більш точно вказувати необхідні умови проведення експерименту. На основі отриманих в ході експериментів результатів, можна зробити висновок о корисності використання як створеного модулю, так і створених моделей. Результати проведення експерименту чисельне демонструють ліпші характеристики армованої кістки на відміну від інтактної.
Завантаження
Посилання
Ван Г.А. Теорія армованих матеріалів. Київ : Наук. Думка. 2014. 232 с.
Вічнін Г.Г., Беттерман С.К. Прогнозування пошкодження проксимальної частини стегна до і після повної заміни тазостегнового суглоба. Конструювання і технологія машинобудування. 2013. № 2. С. 327–342.
Комп’ютерне моделювання імплантату для армування стегнової кістки / О.В. Савельева,І.В. Прокопович, А.В. Павлишко, А.Л. Матвєєв, Т.І. Старушкевич. Праці Одеського політехнічного університету. 2018. Вип. 1(54). С. 51–61. DOI: 10.15276/opu.1.54.2018.07.
Myers E.R., Wilson S.E. Biomechanics of osteoporosis and vertebral fracture. Spine. December 15, 1997. Volume 22. Issue 24. P. 25S–31S. URL: https://journals.lww.com/spinejournal/Fulltext/1997/ 12151/ Biomechanics_of_Osteoporosis_and_Vertebral.5.aspx (Last accessed 15.11.2020)
Рибак О.Ю. Вибрані лекції з біомеханіки: методичний посібник для студентів. Львів : 2017. 131 с.
Кадурін О.К., Вирва О.Є., Леонтьєва Ф.С. Біофізичні властивості компактної кісткової тканини. Х. : Прапор, 2007. 136 с.
Savielieva O., Starushkevych T., Matveev A. Computer-Aided Design of Prophylactic Metal Reinforce-ment of the Proximal Femur. Journal of Engineering Sciences. 2019. Volume 6, Issue 1. P. D16–D20.
Особенности биомеханики проксимального отдела бедра в условиях экспериментального армирования и возникновения низкоэнергетических переломов у лиц старшего возраста / А.Л. Матвеев, В.Э. Дубров, Т.Б. Минасов, А.В. Нехожин и др. Труды первого конгресса стран Шанхайской организации сотрудничества. Травматология, ортопедия и восстановительная медицина тре-тьего тысячелетия. Маньчжурия, 2013. С. 67–69.
Вильдеман В.Э, Зайцев А.В. Про чисельне рішення крайових завдань механіки деформації і руйнування неоднорідних тіл з граничними умовами третього роду. Обчислювальні технології. 2006. Т. 1, № 2. С. 65–68.
Добелис М.А. Деформативные свойства деминерализованной костной ткани человека при растяжении. Механика полимеров. 1978. T. 14, № 1. С. 101–108.
Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals: Its Basis and Fundamentals. Elsevier Science. 2005. 756 p.
Papini M., Zdero R., Schemitsch E.H., Zalzal P. The biomechanics of human femurs in axial and tor-sional loading: comparison of finite element analysis, human cadaveric femurs, and synthetic femurs. Journal of Biomechanical Engineering. 2007. 129(1). P. 12–19.
Abrate S. Modeling of impacts on composite structures. Composite structures. 2001. Vol. 51, No. 2. P. 129–138.
Шуголь Г.Б., Демаков С.Л., Шуголь И.Г. Остеосинтез переломов шейки бедренной кости, основанный на использовании принципа активной фиксации стягиванием. Екатеринбург : УГМУ, 2014. 141 с.
Huiskes R., Janssen J. D., Slooff T. J. A detailed comparison of experimental and theoretical stress analyses of a human femur. Mechanical Properties of Bone, ASME AMD. 2011. Vol. 45. P. 211–234.
Dynamic Characteristics of a Hollow Femur / Huang B.W., et al. Life Science Journal. 2012. 9(1). P. 723–726.
Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. ANSYS для инженеров: Справочное пособие. М. : Машиностроение-1, 2004. 512 с.
Нехожин А.В. Двухслойная математическая модель шейки бедра человека для исследования напряжённого состояния при армировании имплантатами различной конструкции. Вестник Сам. гос. техн. ун-та. Серия Физ.-мат. Науки. 2013. № 3(32). С. 129–135.
