Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 94 ТЕХНОЛОГИЯ Одноосное сжатие является удобной расчетной схемой, позво- ляющей определить уровень напря- жений в модели и выявить локали- зацию их максимальных значений, а также наличие или отсутствие в модели растягивающих напряже- ний. Однако данная схема нагруже- ния является чрезмерно упрощен- ной с точки зрения поведения такой сложной биомеханической системы, как позвоночник. Анализ поведения межтелового эндофиксатора в усло- виях эксплуатации производили на твердотельной модели шейного от- дела позвоночника, созданной на основе литературных данных [6–9]. Твердотельная модель, созданная в SolidWorks, состояла из пяти позвон- ков шейного отдела, разделенных межпозвоночными дисками (рис. 3). Модель разбивалась на конечные элементы с размером полигонов 5,3 мм для позвонков и межпозво- ночных дисков и 0,8 мм для эндофиксатора. За основу расчетной схемы было использовано нагружение изделия прилежащими позвонками. Исследование проводилось для случая наклона головы назад. Объем движения каждого по- звонка составлял 8°. Нагрузка на изделие при- нималась из расчета веса головы, равного 90 Н, и уравновешивающей силы мышц 60 Н. При этом вес головы прикладывался дистанционно в центре тяжести головы, а уравновешивающая сила мышц – к каждому позвонку (см. рис. 3). Результаты и обсуждение В результате моделирования механического нагружения эндофиксаторов было установлено, что общий фон напряжений в моделе Ulrichmed- ical Cerv-X (рис. 4, а ) составляет около 5 МПа, увеличиваясь на скругленных гранях до 5,9 МПа. При этом было выявлено повышение концентра- ции напряжений до 15 МПа на стенках боковых отверстий. Наличие боковых отверстий приво- дит также к появлению растягивающих напря- жений, их максимальные значения достигают 1,7 МПа. На основании полученных результатов было сделано заключение о необходимости ис- ключить из конструкции керамического имплан- тата любые отверстия, оси которых не совпада- ют с направлением нагрузки. Детально был исследован зубчатый рельеф эндофиксатора. Модель нагружения включала в себя один зуб с площадью основания 2×1,4 мм а б Рис. 2. Схема нагружения эндофиксаторов Ulrichmedical Сerv-X ( а ) и Zimmer Puros-S ( б ) Рис. 3 . Схема нагружения эндофиксатора в позвоночнике