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中国临床康复 2006年第33期10卷 98-100,i0004页

作者：刘展樊瑜波钱英莉张明北京航空航天大学生物工程系四川大学生物力学工程实验室四川省成都市610065 四川大学生物力学工程实验室香港理工大学复康科技中心

目的:应用有限元方法分析一体化假肢与传统假肢的应力分布特点,探讨一体化假肢的应力缓冲作用。方法:基于针对同一膝下截肢者设计的一体化假肢和传统假肢的真实几何构形,分别建立三维有限元模型,同时考虑残肢和接受腔之间的接触作用,选... 详细信息

目的:应用有限元方法分析一体化假肢与传统假肢的应力分布特点,探讨一体化假肢的应力缓冲作用。方法:基于针对同一膝下截肢者设计的一体化假肢和传统假肢的真实几何构形,分别建立三维有限元模型,同时考虑残肢和接受腔之间的接触作用,选用摩擦系数为0.5。施加HeelOff步态时相的载荷,比较分析一体化假肢和传统假肢模型的应力分布。结果:①一体化假肢和传统假肢模型中,接受腔的应力分布基本一致,各区域的应力值也较为接近。接受腔和假腿的过渡区域都为高应力区;两个模型在此区域的应力值则差异较大,一体化假肢的最大应力分别为16.1MPa和17.8MPa,而传统假肢则达到23.7MPa和28.6MPa,传统假肢的应力分别高于一体化假肢47.2%和60.7%。高应力区的面积也呈现出传统假肢明显大于一体化假肢的现象,传统假肢的高应力区从前端和后端一直延伸到外侧面。②两个模型软组织表面的应力分布规律基本一致,最大正应力和最大剪应力都出现在正面末端。传统假肢模型中残肢表面的最大正应力和最大剪应力分别为581.2kPa和178.7kPa,一体化假肢模型中残肢表面的最大正应力和最大剪应力分别为416.8kPa和118.3kPa。结论:一体化假肢的外形美观,且价格低廉,轻便,易于截肢者接受。一体化假肢在接受腔和假腿的过渡区域产生较为明显的应力缓冲作用,也降低了残肢表面的应力,生物力学性能明显优于传统假肢,将成为未来假肢发展的一个重要方向。

关键词：一体化假肢传统假肢有限元模型应力分析

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内骨架一体化小腿假肢的生物力学研究

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中国生物医学工程学报 2005年第1期24卷 1-7页

作者：樊瑜波刘展张明蒲放蒋文涛北京航空航天大学生物工程系北京100083 四川大学生物力学工程实验室成都610065 香港理工大学赛马会复康科技中心

一体化假肢是以聚合物为材料从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢 ,它比传统型假肢更经济、美观、轻便 ,具有较大的应用前景。目前的相关研究主要集中在设计与制作及少量的临床研究方面。由于一体化假肢与传统型假肢在结构上的差异 ,... 详细信息

一体化假肢是以聚合物为材料从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢 ,它比传统型假肢更经济、美观、轻便 ,具有较大的应用前景。目前的相关研究主要集中在设计与制作及少量的临床研究方面。由于一体化假肢与传统型假肢在结构上的差异 ,有必要对其进行应力分析。本研究的目的是开展内骨架一体化假肢的生物力学研究 ,本研究基于内骨架一体化小腿假肢的真实几何构型 ,建立三维有限元模型 ,计算该模型在模拟HeelOff步态时相的载荷作用下的应力分布 ;在保持该模型的几何形状不变的情况下 ,建立了三个不同壁面厚度的一体化小腿假肢的有限元模型 ,分析壁面厚度对一体化小腿假肢应力分布的影响 ;通过分别赋予模型四种不同高分子聚合物的材料力学特性值 ,分析不同材料的一体化假肢的应力分布特点 ;分别对模型施加与正常步态的五个典型时相对应的载荷 ,分析一体化小腿假肢在各步态时相的应力分布特点。本研究结果对一体化假肢设计有指导价值。

关键词：一体化假肢有限元应力分析壁面厚度步态时相材料力学特性

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一体化小腿假肢对线角度优化设计

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清华大学学报（自然科学版） 2007年第5期47卷 647-650页

作者：贾晓红李小兵王人成金德闻清华大学精密仪器与机械学系摩擦学国家重点实验室智能与生物机械分室北京100084

在一体化小腿假肢设计阶段,必须确定接受腔和腿管之间的正常对线角度。该文以矢状面和额状面2个对线角为设计变量,以异常对线下3个下肢生物力学特性参数与正常对线下相应取值偏差最小为优化目标,建立了优化计算模型。根据步态实验数据... 详细信息

在一体化小腿假肢设计阶段,必须确定接受腔和腿管之间的正常对线角度。该文以矢状面和额状面2个对线角为设计变量,以异常对线下3个下肢生物力学特性参数与正常对线下相应取值偏差最小为优化目标,建立了优化计算模型。根据步态实验数据和小腿三维动力学模型,采用二次插值法,计算并获得了最优对线角。矢状面有0.32°屈膝角,额状面有2.85°内收角,与实验测量值基本一致。该算法可以用于一体化假肢的数字化设计和传统组件式假肢对线准则的制订。

关键词：一体化假肢优化设计对线

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内骨架式一体化小腿假肢的三维有限元模型及参数分析

内骨架式一体化小腿假肢的三维有限元模型及参数分析

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作者：刘展四川大学

学位级别：硕士

一体化假肢是以高分子聚合物为材料从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢，比传统型假肢更经济、美观、轻便，具有较大的研究价值。但目前一体化假肢还只是一个概念，尚未批量应用于临床。最近，一些学者和机构开始致力于一体化假肢的... 详细信息

一体化假肢是以高分子聚合物为材料从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢，比传统型假肢更经济、美观、轻便，具有较大的研究价值。但目前一体化假肢还只是一个概念，尚未批量应用于临床。最近，一些学者和机构开始致力于一体化假肢的研发，主要是针对制造和材料方面，尚未涉及对一体化假肢的应力分析。由于一体化假肢与传统型假肢在结构上的差异，因此有必要对其进行应力分析。本文建立了一系列一体化小腿假肢的三维模型，通过有限元计算得到这些模型的应力分布，并进行了参数分析。具体研究包括：基于一实验用一体化小腿假肢的真实几何构形，建立了均匀壁面厚度3mm的三维有限元模型，并考虑残端软组织和骨，施加与Heel Off步态时相对应的载荷，通过有限元计算得到其应力分布，作为参数分析的根据。在以上模型的基础上，加大壁面厚度建立了三个不同壁面厚度的一体化小腿假肢的三维有限元模型，这些模型的材料属性、软组织形状、骨的定位和载荷都与以上模型相同，通过有限元计算分析壁面厚度对模型应力分布的影响。给模型赋予不同的材料特性，如聚丙烯均聚物、20％玻璃纤维加固的聚丙烯、丙烯酸树脂、聚丙烯和聚乙烯的共聚物，在其它条件不变的情况下，通过有限元计算比较各材料假肢的应力分布。为模型分别施加与Heel Strike、Foot Flat、Mid-Stance、Heel Off和Toe Off五个典型步态时相相对应的载荷，通过有限元计算分析一体化假肢在各时相应摘要力分布的特点。计算了以上各模型的转动惯量，分析质量分布对转动惯量的影响，从而从运动控制方面反馈一体化假肢设计的合理性。基于一体化假肢接受腔的形状建立传统型假肢的模型，分析接受腔和残端的应力分布，并与一体化假肢的计算结果进行比较，讨沦一体化假肢在应力缓冲方面的作用。本文的研究工作是首次对一体化假肢进行的三维有限元应力分析，为一体化假肢设计的CAE系统提供了理论依据。本文首次对一体化假肢设计的重要指标—壁面厚度进行了参数分析，并首次将转动惯量引入假肢领域，作为一体化假肢优化设计的参数，具有一定的学术意义和应用价值。

关键词：一体化假肢有限元分析壁面厚度转动惯量应力分布

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