Modeliranje kompjuter krutost teleskopski spoljna fiksacija uređaje (APS)

U praksi traumatologiju i ortopediju Poznato je da krutost skupštine vanjski fiksatori (APS) pruža dovoljno imobilizacije i stabilna fiksacija fragmenata. Razvili smo teleskopski spoljna fiksacija uređaja predstavljaju novu opciju spitsesterzhnevoy sistem za liječenje pacijenata s traumom i ortopedskim. U kompjuter studiji su izgrađeni stres-deformacija stanje pojedinih elemenata i konstrukcija u cjelini, matematički modeli uz određene pretpostavke određivanja procesa rada jedinice (Charles et al., 1996, 1998, 1999).

Dakle, elementi vanjskog fiksatora su aproksimira nas pratili sheme poravnanja. Govorio gleda kao na "protezao niz" ili elastične zraka. Osim toga zatezanje bočnom opterećenju akte o tome. Pretpostavljalo se da je poprečna veličina igle je zanemariv u odnosu na uzdužni. Krajevi krakova su pričvršćeni na segmente podrške spoljna fiksacija uređaja (pola) koji imaju određenu plastičnost (žilavost). Warp pletenje igle na "protezao vlakno" je definirana izrazom (1):

gdje P - opterećenje, E - modul elastičnosti žbice materijala, F je površina poprečnog presjeka krakova, u - ugiba žbice, N₀ -napetost žbice, k₁, k₂ - podržava poštovanje.
Proračun pomeranja žbice elastične obrazac zrak sa sprovedeno je varijabla krutost prema formuli (2):

gde EJ (x) - krutost trenutka savijanje - skretanje zraka, q (z) - bočnog opterećenja, x - koordinata duž zrak osi krakova.

Podrška (segment) je identificiran kao varijabla presjeka greda. Umetnite ga pitao na mjestima prilog utjecaja na žbice i rupe uzima u obzir mijenja pri savijanju krutost. Oslanjanje na rubovima je fiksna kruto ili okretno. Ravnoteža jednadžba je riješen podrške (3) u obliku i zapis sličan formuli (2):

Granični uvjeti:

a) kruta fiksacija

u¹(0) = 0, y¹(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0- (4)

b) jedara

u²(0) = 0, y²(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0. (5)

Prilikom odabira tie kontakt štap zanemariti niti, a izračunati veličine je preuzeo svoj unutarnji promjer.

Materijala građevinskih elemenata AVF smatra elastična. Tako je za žbice dozvoljene plastične deformacije.

Da bi se dobila parametre naprezanje-deformacija stanje referentni zrak riješiti diferencijalne jednadžbe (3) obrazac sa graničnih uslova - hard (4) ili šarka (5) je osiguran.

Da bi riješili problem, koristili smo numerička metoda konačnih razlika i algoritam monoton pet tačaka prelet. Rezultat je zavisnost "opterećenja zapremine» (P&Asymp-U). Brojčano rješavanje jednadžbi (1) i (2) dobivene u skladu s P&Asymp-U sa početnim zategnutosti žbica i usklađenost podrške za određenu utjelovljenje montaže žbica.

Na slici 1, krive 1-10 grafički prikazuje varijacije koeficijent povodljivost podršku na različite načine pričvršćivanje krakova.

Na slikama 2 i 3 odražava utjecaj na dužinu radnog dijela žbice i veličine pretenziju na ugiba.

Sl. 3. Otklon krakova s različitim U vrijednosti njihovih zatezanje N

Sl. 4. Otklon od klipnjača različite dužine L

Slika 4 pokazuje učinak radnog dijela povezivanja štap dužine ukočenost AMF okupljanja.

Rezultati istraživanja mogu biti rangirane u dijelu vanjski fiksacija uređaj prema njihov doprinos ukupnom rigidnost sistema. Pažnje je da je najveći doprinos za sklop vozila su napravili skladu krutost karakteristike žbice. Kontroliranje ovaj faktor je moguće na dva načina: promjenom ili dužinu radnog dijela igle ili pretenziju vrijednosti. Ova mogućnost je dostupna na teleskopski spoljne fiksacije uređajima. Zbog preciznije prilagođavanje obliku podrške okvira ekstremiteta segment konfiguracije optimizirane radne dužine žbice i spitsenatyagivatel sa podesivim napetosti žbica može kontrolirati krutost i cjelokupnog sistema. Ograničenje je pod tenzijom elastične granice materijala žbice. Ostali faktori koji utiču na krutost skupštine je dužina radnog dijela klipnjače i ekscentričnost priložene uzdužnog opterećenja. I još jedan - uticaj pokoran referentnog segmenta vanjski fiksator: veća od promjera i bliže centru tačke pričvršćivanje igle, manje sklop krutost (Karlov et al, 1996., 1998).

27 Analiza rezultata eksperimenata otkrio da je aksijalnog pomaka značajno utječu na krutost skupštine teleskopski spoljne fiksacije uređajima. Važan faktor je ukupna dužina police i sklopova manjih promjera. Utvrđeno je da prenaprezanje smanjuje maksimalni otklon spits- bi trebalo povećati sa svoje radne dio, ali ne prelazi čvrstoće materijala za vanjski teleskopski uređajima fiksatsii- dostiže 100 kgf, au aparata Ilizarov - 80-90 (KG Bagnoli, 1986). Da biste povećali snagu duge šipke, podupirači mogu se zgusne srednji dio kada uvuče konac. Dakle, kada je rigidnost utovar segmenta u referentnom ravni prstena u odnosu na upravno na pravac. Dakle, da se poveća krutost skupštine kraka mora biti fiksna bliže čvorova povezivanje segmenata sa šipke, potpornji, i da se smanji - bliže segment vrhu od navedenog napona na spoljne fiksacije uređaja, što značajno utječe na krutost cijelog sistema, i povoljni uslovi stvoreni za žbice za cijeli period liječenja.

Tokom spoljna fiksacija uređaj klupi ispitivanja i prikupljeni su u klasičnoj teleskopskim oličenje. Rezultati parcijalnog studije su pokazale da su tri glavna elementa teleskopski spoljne fiksacije uređaja najviše kovani žbice. Donosi žbice zavisi od veličine pretenziju koja se može dozirati putem spitsenatyagivatelya. Međutim stege koristiti u vanjskim fiksacija uređaji ne pružaju uvijek pouzdano zadržavanje žbice zategnut.

Šipke upravljača zbog malog moment inercije, duge dužine i visoke krutosti u aksijalnom pravcu imaju mali uticaj na sistemu "alka - žbice" i daju svoj mali doprinos kretanju napunjen dio krakova duž osi aparata.

Eksperimentalna evaluacija krutosti Ilizarov aparata i teleskopske spoljne fiksacije uređaja u nekim embodiments, skupština tlačna aksijalna sila na test klupi pokazuju nelinearno ponašanje (sa povećanjem prečnika podrške prstenova nelinearnosti povećava) skele govorio aparata (Sl. 5). Ovaj nelinearnost je očito uzrokovan nelinearno ponašanje najmanje krute okvira elemenata - tanak žbice.

Sl. 5. AMF rezultati testa na aksijalne tlačna sila F u raznim skupštini oličenjaA) Ilizarov: B - Cilindrični, d = 150 mm C - teleskopski d = 140-155-170-190 mm- D - Cilindrični, d = 190 mm b) teleskopski APS: E - teleskopska, d = 118 -140-165-190 mM F - cilindrični, d = 190 mm-G - cilindrični d = 190 mm sa četiri šipke

Uvod u strukturiranje 4 metaphyseal šipke umjesto žbica se približava karaktera krutost na linearno ponašanje trupa i, odnosno, dovodi do povećanja fiksacija krutost pri opterećenju od 600 N u odnosu na žbice okvirima istog promjera (sl. 5).

Osim toga, spitsesterzhnevye uređaji pružaju gotovo nula "skupljanje" u low-ciklus opterećenja (sl. 6). Fenomen "skupljanja" prikazan je kao smanjenje početne jaz između polovice simuliranog kosti u prvih nekoliko ciklusa utovara i istovara.

Sl. 6. "Skupljanje" AMF okupljanja u različitim oličenjeA) Ilizarov: B - Cilindrični 6-150 mm-C - teleskopska, d = 140-155-170-190 mm, D - za okruglo, d = 190 mm b) teleskopski APS: E - teleskopska, d = 118 -140-165-190 mM F - cilindrični, d = 190 mm-G - cilindrični, D-190 mm sa dva sterzhnyami- H - cilindrični, d = 190 mm sa četiri šipke

Nakon 6-8 ciklusa, vrijednost klirens stabilizira. Razlog za ovu pojavu je sljedeće faktore. Prvo - što je značajna koncentracija stresa u materijalu žbica na mjestu pričvršćenja za podršku prsten, gdje bušotine ruši vijka. Drugo - velike napetosti žbice za male uglove odstupanja.

To je, na prvi ciklus bušotine prolazi plastične deformacije u tačkama prilogu dok ugao odstupanje ne postigne žbice kada napona koji djeluju na aparat na opterećenje od 800 N je u poređenju sa stanovišta prinos materijala žbice. Barovi, ulazni umjesto žbica, plastične deformacije ne osjećaju, tako da je sistem 'uređaj - simulator Bones "se vraća u prvobitno stanje nakon uklanjanja opterećenja bez" skupljanja ".

Govorio APS suočava sa značajnim "skupljanja", koja se može uporediti sa različitih promjera okvira, iako ima tendenciju da se poveća s povećanjem promjera trupa, a prosječno od 4,8 mm nakon 4-6 ciklusa učitavanja na nivo od 800 N (sl. 6, krive B, C, D, E, F).

Poređenje rigidnost klasičnih cilindričnih i telescopically utjelovljenje AMF skupština pokazuje teleskopski skele prednost u odnosu na konvencionalne (Sl. 7-10).

To je zbog toga što u teleskopski utjelovljenje opterećenja djeluje duž osi aparata, referentni avioni ne doživljava na isti način. Avion prstena sa manjeg promjera preuzima većinu tereta uglavnom zbog odgovarajuće manje radne dužine krakova. Ovo može imati nepoželjne posljedice vezane uz mogućnost kosti ili erupcija igle avion prima najveći dio tereta. Da biste uklonili potrebno je smanjiti predopterećenja krakova fiksirani u prstenove manjeg promjera. Međutim, to može dovesti do smanjenja rigidnosti vanjskog fiksatora (Sl. 11).

Sl. 11. Distribucija opterećenja u teleskopski APS u zavisnosti od zategnutosti žbica na prstenovi različitih promjera

Za cilindrične jedinice vanjske fiksacije aksijalnog tlačna opterećenja uzima podjednako sve elemente, uključujući i žbice. I promjene jaza između polovine kockice će biti jednak dvostruko otklon žbice s obzirom na krutost prstena.

To je teže teleskopski spoljna fiksacija aparata. Kao što je shematski prikazano na slici 12, dimenzije skupština "2 + žbice prsten" su različiti za istu prenaprezanje žbice različitih sklopova i krutost i stoga, svaki par sklopova, kosti fiksacija pola percipira različitim opterećenja proporcionalno krutost. Promjer podrške prstenovi 190-165-140-118 mm. To dovodi do toga da su žbice su najopterećeniji okupljanja (broj 2 i 4 na slici 12) može uništiti koštanog tkiva, što je izuzetno nepoželjno.

Sl. 12. Teleskopski skupština utjelovljenje vanjskog fiksatora prečnika podrške prstenova 190-165-140-118 mm (Non skupštine odnosno 1-2-3-4)

Još jedna utjelovljenje skupštine teleskopski eksternih fiksacija uređaja je da se koristi za podršku prstenovi od istog promjera u svakom paru je pola mašine, i.e., 190-190-140-140 mm (sl. 13). Na taj način, postavljanjem istog prenaprezanje sve žbice mogu biti sigurni da je distribucija opterećenja je isti kao žbice.

Sl. 13. Teleskopski skupština utjelovljenje vanjskog fiksatora, koji koristi isti prečnik prstena u svakom paru što je polovina jedinica: mm 190-190-140-140 (Ili izgraditi brojevi 1-2 i 3-4)

Bench testovi su pokazali da je teleskopski verzija skupštine spoljne fiksacije uređaja povećava krutost sistema 17-20% u odnosu na klasične cilindrične cijevi.

Dakle, početne krutosti trupa spoljne fiksacije uređaj se može poboljšati pomoću teleskopski princip (Karlov et al, 1999.) zbog:

povećanje zategnutosti žbica prije 120-140 kg;
Montaža žbice presijecaju podržava prsten pod uglom therebetween u rasponu 60-90 °, i što je najvažnije, simetrično u odnosu na temena poliedra da je radna dužina krakova ima isti;
mogućnost korištenja podrške prstenova manjih promjera;
Armatura šipke upravljača što je moguće bliže do mjesta prilogu krakova;
maksimalno pooštravanje navojne spojeve;
parcijalna ili potpuna zamjena žbica na šipki.

Tokom tretmana sistem krutost može se prilagoditi smanjenjem napetosti spits- parcijalne rastavljanje i montažu podrške okvira prstena veći diametra- permutacije prilogu žbice ili šipke zadržavanje ugla therebetween na snazi više udaljena od stupova i barova u mjestu asimetrično raspoređeni u odnosu na temena poliedarskih referentne prsten.

Osim prednosti teleskopski spoljna fiksacija uređaje Oni imaju nedostatke povezane s velikim "skupljanja" aparat na prvom ciklusu opterećenja, što značajno nestaje na djelomičnu zamjenu žbice na šipki. U nekim slučajevima, standardna terminala (žbice pričvršćivanje skupštine) ne pružaju uvijek pouzdano zadržavanje žbice od povlačenjem na slobodi pretenzije žbice i opterećenje na aparat. Ako se koriste tanke igle, efikasnost krute skeleta može smanjiti (Karlov et al., 1998, 1999).

AV Karpov VP Shakhov
Vanjski sistem fiksacija i regulatornih mehanizama optimalno biomehanike

Udio u društvenim mrežama:

Povezani