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《广西科技大学》 2014年
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人体脊柱有限元分析与生物力学实验验证

欧亚龙  
【摘要】:通过有限元分析软件Ansys Workbench对人体腰椎L4-L5节段有限元模型进行分析,得到其关节峡部理论应力值;在人体脊柱生物力学实验中测量理论分析区域关节峡部应变值,将两者进行对比,验证人体正常脊柱在不同运动状态下的有限元分析结果的可靠性。 研究过程中,首先,对垂直载荷下腰椎椎间盘退变有限元模型进行分析,得到椎间盘轻、中、重度退变及完全摘除椎间盘时腰椎应力云图及位移云图,结果表明,轻度椎间盘退变引起腰椎稳定性降低,腰椎后部结构力增加,同时由于椎间盘的缓冲能力,中,重度椎间盘退变时腰椎稳定性又重新获得,后部结构力降低,其刚度相应增加。随着椎间盘退变程度的加深,纤维环的承载能力增加;其次,在前人有关人体脊柱有限元分析基础上,通过对有限元模型施加垂直载荷模拟人体脊柱正常站立、左/右侧弯、前/后屈伸运动状态,得到椎体关节峡部应力值;最后,将实验标本即猪骨固定在设计的夹紧装置中,配合加载装置,运用机械测量技术,读取实验标本关节峡部在上述三种运动状态下的应变值,对采集的数据运用数值分析理论,在MATLAB中绘制载荷—应变图像,线性拟合后得出载荷—应变变化趋势;将前述理论应力值,通过畸变能密度理论(第四强度理论)将应力值换算成应变值,基于数理统计学理论,将实验获取的脊柱关节峡部应变值与理论计算的应变值进行对比,在MATLAB中得到两者的正态分布图,数据分布趋势相近,上述工况下误差计算值分别为:5.8%、6.7%及7.4%,满足误差允许范围,为临床医学人体脊柱研究提供理论支撑。
【学位授予单位】:广西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:R681.5;R318.01

【参考文献】
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