Компютърно моделиране ригидност телескопични външни фиксиращи устройства (APS)

На практика травматология и ортопедия е известно, че твърдостта на събранието външни фиксатори (APS) осигурява достатъчно обездвижване и стабилно фиксиране на костните фрагменти. Ние сме разработили телескопични външни устройства фиксиращи представляват нова система опция spitsesterzhnevoy за лечение на пациенти с травми и ортопедични. В компютър проучване състояние на стрес-щам на отделните елементи и съоръжения по принцип, математически модели са конструирани с някои предположения определящи операция процес единица (Charles и сътр., 1996, 1998, 1999).

По този начин, елементите на външния фиксатор бяха сближени от нас след схеми за уреждане. Изказаха се гледа като на "опъната струна" или еластична лъч. Освен това натягане страничните действия на натоварване върху него. Приема се, че напречният размер на иглите е незначителен спрямо надлъжната. Краищата на спиците са фиксирани на устройството за подпомагане сегменти външно фиксиране (стълбове) с определена еластичност (издръжливост). Основата игли на "опъната нишка" се определя от уравнение (1):

където Р - натоварване, Е - модул на еластичност материал спици, F е площта на напречните спици раздела, U - деформация спици, N₀ -напрежение на спиците, к₁, к₂ - поддържа съответствие.
Изчисляване на отклонения спици еластичен модел лъч с променлива твърдост е проведено съгласно формула (2):

където EJ (х) - твърдостта на момента на огъване греда - отклонение на лъча, Q (Z) - странично натоварване, х - координират по спиците на ос лъч.

Поддръжка (сегмент) се идентифицира като променливо напречно сечение лъч. Заредете се зачудиха на точките за закрепване на спици и дупки въздействието върху отчита променя твърдост на огъване. Зависимост от краищата е фиксиран неподвижно или с възможност за завъртане. Равновесие уравнение се решава опора (3) по форма и нотация подобен на формула (2):

Гранични условия:

а) твърда фиксиране

при¹(0) = 0, Y¹(L) = 0, Y (0) = 0, у (L) = 0- (4)

б) шарнирно

при²(0) = 0, Y²(L) = 0, Y (0) = 0, у (L) = 0. (5)

При избора на контакт обтегач пренебрегва резба, и изчислява размера се приема вътрешен диаметър.

Материал на строителни елементи AVF счита еластична. Така спици разрешено пластична деформация.

За получаване на параметрите на състоянието на стрес-щам на референтния лъч за решаване на диференциални уравнения на формата (3) с граничните условия - твърд (4) или на пантата (5) е закрепена.

За да реши проблема, ние използвахме числен метод на крайни разлики и алгоритъм монотонен пет точки почистване. Резултатът е зависимостта на "натоварване-преместване» (P&asymp-U). Числово решаване на уравненията (1) и (2), получени съгласно P&asymp-U с първоначалното напрежение на спиците и съответствието на подкрепа за конкретно изпълнение на монтажните спици.

На фигура 1 криви 1-10 показва графично подкрепа коефициент гъвкавост на вариране при различни начини на закрепване на спиците.

Фигури 2 и 3 отразява влиянието на дължината на работната част на спиците и степента на опъване на нежелателни.

Фиг. 3. Огъването на спици с различни стойности U на тяхната напрягане N

Фиг. 4. Огъването на свързващите пръти с различни дължини L

Фигура 4 показва ефекта на работната част на свързващия прът дължина скованост AMF събрание.

Резултатите от изследването могат да бъдат класирани в част външно фиксиране устройство според техния принос към общата твърдостта на системата. Интересно е, че най-голям принос за монтажа на превозното средство са направили скованост съответствие характеристики на спиците. Контролиране на този фактор е възможно по два начина: чрез промяна или продължителността на работната част на иглите или претенциозност стойност. Тази възможност е налична в телескопични външни устройства за фиксиране. Поради по-точно адаптиране на формата на подкрепа рамки крайник сегмент конфигурация оптимизиран работна дължина на спиците и spitsenatyagivatel с регулируеми напрежение спици може да контролира твърдостта и цялостната система. Ограничение е под напрежение еластичната граница на материала на спиците. Други фактори, които влияят на твърдостта на механизма е дължината на работната част на мотовилката и ексцентрицитета на затвореното надлъжно натоварване. И още - влиянието на съобразен позоваване сегмент външен фиксатор: по-голяма от нейния диаметър и по-близо до точката на фиксиране игли център, толкова по-малко възел скованост (Карлов и др, 1996, 1998)..

27 Анализ на резултатите от експериментите показва, че аксиалното изместване по същество да повлияе на твърдостта на сглобяването на телескопични външни фиксиращи устройства. Важен фактор е общата дължина на стелажите и възлите, по-малък диаметър. Установено е, че преди напрежението намалява максималното провисване spits- тя трябва да се увеличи с работната си част, но не надвишава якостта на опън на материала, за външния телескопичните устройства fiksatsii- тя достига 100 кгс, а в апарата Ilizarov - 80-90 кг (Bagnoli, 1986). За да се увеличи силата на дълги пръти, подпори може да се сгъсти средна част, когато е прибрана нишка. Така, когато твърдостта на натоварване сегмент в референтната равнината на пръстена, отколкото в перпендикулярна посока. Следователно, за да се увеличи коравината на възела на спици трябва да се фиксира по-близо до възлите свързване на сегменти с пръти, подпори, и да се намали - са създадени по-близо до сегмента на върха от определения напрежението в външно фиксиране устройство, което оказва значително влияние върху твърдостта на цялата система, и благоприятни условия за спиците за целия период на лечение.

По време на изпитванията за външно фиксиране на устройството стенд и се събират в класически телескопични изпълнения. Резултати на парче проучвания показват, че трите основни елементи на телескопични външни устройства фиксиращи е най-ковък Изказаха. Добива спици, зависи от степента на опъване, което може да се измерва чрез spitsenatyagivatelya. Въпреки скоби, използвани в външни устройства фиксиращи не винаги осигуряват надеждна задържане на спиците обтегнати.

Щанги багажник поради малкия инерционен момент, дълга дължина и висока твърдост в аксиална посока имат малък ефект върху системата на "подкрепа пръстен - спици" и да даде малък принос към движението на натоварената част на спиците по оста на апарата.

Експериментална оценка на твърдост Ilizarov апарат и телескопични външни фиксиращи устройства в някои изпълнения, монтаж на натиск аксиална сила върху изпитвателен стенд показват нелинейна поведение (с нарастващ диаметър на подпомагане пръстени нелинейност увеличава) скелета говори апарат (фиг. 5). Това нелинейност е очевидно, причинени от нелинейни поведението на най-малко твърда рамка елементи - тънки спици.

Фиг. 5. AMF резултатите от теста на аксиална сила на натиск F в различни монтажни вариантиА) Ilizarov: B - Цилиндрични, D = 150 mm-C - телескопичен г = 140-155-170-190 мм- D - Цилиндрични, D = 190 mm-б) телескопични APS: E - телескопичен, г = 118 -140-165-190 мм- F - цилиндрични, D = 190 mm-G - цилиндрични D = 190 mm с четири пръти

Въведение за структуриране 4 метафизна пръти вместо спици доближава характер твърдост на линейната поведението на трупа и съответно води до увеличение фиксиране твърдост на при натоварване от 600 N, в сравнение със спици рамките на същия диаметър (фиг. 5).

Освен това, spitsesterzhnevye устройства осигуряват почти нула "свиване" на натоварване ниско цикъл (фиг. 6). Феноменът на "свиване" е показан като намаляване на първоначалния разликата между половините на симулирана костта през първите няколко цикъла на зареждане и разтоварване.

Фиг. 6. "Свиване" AMF монтаж в различни изпълненияА) Ilizarov: B - Цилиндрични 6-150 mm-C - телескопичен, г = 140-155-170-190 мм, D - Цилиндрични, D = 190 mm-б) телескопични APS: E - телескопичен, г = 118 -140-165-190 мм- F - цилиндрична, D = 190 mm-G - цилиндрична, D-190 мм с два sterzhnyami- Н - цилиндрична, D = 190 mm с четири пръти

След 6-8 цикъла, стойността на клирънс стабилизира. Причината за това явление е от следните фактори. Първо - значителна концентрация на напрежение в материала на спиците в точката на свързване към носещия пръстен, където сондажа свива на блокиращия болт. На второ място - голям напрежение спици стойност за малки отклонение ъгли.

Това означава, че в първите цикли сондажа се подлага на пластична деформация в точките на свързване, докато ъгълът на отклонение не достига спиците когато натоварванията, действащи върху устройството при натоварване от 800 N се сравнява с точката за добив на спиците на материала. Барове, вход вместо спици, пластични деформации не се чувстват, така че системата "устройство - симулатор Bones" се връща в първоначалното си състояние след отстраняване на натоварването, без да е "свиване".

Рече APS изпитват значително "свиване", която е сравнима с различни диаметри на рамки, въпреки че има тенденция да се увеличи с увеличаване на диаметъра на труп, и средно от 4.8 мм след 4-6 цикъла на зареждане до ниво от 800 N (фиг. 6, кривите В, С, D, Е, F).

Сравнение на твърдостта класически цилиндрична и телескопично изпълнение AMF монтаж показва предимството на телескопични скелета в сравнение с конвенционалните (Фиг. 7-10).

Това е така, защото в телескопичен вариант на натоварване действа по протежение на оста на устройството, референтни равнини не възприемат еднакво. На плоскостта на пръстена, с по-малък диаметър се приема по-голямата част от товара се дължи основно на все по-малък работен дължината на спиците. Това може да има нежелани последици, свързани с възможността за костни фрактури или изригване игли самолет получаване по-голямата част от товара. За да се премахне, че е необходимо да се намали пренатоварването на спици, определени в пръстените на по-малък диаметър. Все пак, това може да доведе до намаляване на твърдостта на външен фиксатор (фиг. 11).

Фиг. 11. Разпределението на товара в телескопични APS в зависимост от напрежението на спиците на пръстени с различни диаметри

За цилиндрични звена външно фиксиране осово натоварване на натиск се приема еднакво от всички елементи, включително и спиците. А промяната на разстоянието между двете половини на заровете ще бъде равна на два пъти спиците на деформации обмислят твърдостта на пръстена.

Тя е по-трудно да се телескопична апарат външно фиксиране. Както схематично е показано на Фигура 12, монтажни размери "2 + спици пръстен" са различни за същия предварително напрежение спици различни възли и твърдост и следователно, всяка двойка възли, костен половина фиксиране на възприема различно натоварване пропорционална твърдост. Диаметърът на опорните пръстени направени 190-165-140-118 мм. Това води до факта, че спиците са най-натоварената механизъм (номер 2 и 4 на Фигура 12) може да унищожи костна тъкан, която е крайно нежелателно.

Фиг. 12. Телескопична монтаж изпълнение на външен фиксатор с диаметъра на опорни пръстена 190-165-140-118 мм (без възли съответно 1-2-3-4)

Друго изпълнение на механизма на телескопични външни фиксиращи устройства е да се използва за подпомагане пръстени със същия диаметър на всяка двойка е половината от машината, т.е. 190-190-140-140 mm (фиг. 13). По този начин, чрез задаване на същия предварително напрежение всички спиците могат да бъдат сигурни, че разпределението на товара, е същият като спиците.

Фиг. 13. Телескопична монтаж изпълнение на външен фиксатор, който използва същия диаметър пръстен във всяка двойка, която е половината единица: мм 190-190-140-140 (Или изгради номера 1-2 и 3-4)

Bench тестове са показали, че телескопичната версия на сглобяването на външно фиксиране устройство увеличава твърдостта на системата от 17-20% в сравнение с класическите цилиндрични тръби.

Следователно, първоначалното коравината на устройството труп външно фиксиране може да бъде подобрена чрез използване на принцип телескопична (Карлов и др, 1999) Поради:

увеличаване на напрежението на спиците преди 120-140 кг;
монтажни спици пресичащи носещия пръстен при помежду ъгъл в диапазона 60-90 °, и най-важното, симетрично по отношение на върховете на многостен че работната дължина на спиците има същото;
възможно използването на опорни пръстена с по-малък диаметър;
Монтаж пръти багажник възможно най-близо до местата на закрепване на спиците;
Максималната затягане на резбови връзки;
частична или пълна замяна на спиците на прътите.

По време на лечението твърдостта на системата може да се регулира чрез намаляване на напрежението spits- частичен демонтаж и монтаж на опорните пръстени рамка голям diametra- пермутация на прикрепването на спици или пръчици задържащи ъгъл между тях на мястото повече отдалечени от подпори и барове в място асиметрично разположени спрямо върховете на многостенна позоваването пръстен.

В допълнение към предимствата телескопични външни устройства фиксиращи Те имат недостатъците, свързани с голям "свиване" апарат при първия цикъл на натоварване, които по същество изчезва при частично заместване на спиците на прътите. В някои случаи, стандартните терминали (спиците укрепващи възли) не винаги осигуряват надеждна задържане на спиците от дърпане на свобода претенциозност спиците и натоварването върху апарата. Ако се използват тънки игли, ефективността на твърд скелет може да се намали (Карлов и сътр., 1998, 1999).

AV Карпов VP Shakhov
Външна система за фиксиране и регулаторни механизми оптимално биомеханика

Споделяне в социалните мрежи:

сроден