МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БЛОКИРУЕМЫХ ШТИФТОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Аннотация

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.