基于损伤修复的骨重建数值模拟研究
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作者单位:

1.天津大学;2.天津大学 机械工程学院

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国家自然科学基金项目(11972247)。


Numerical Simulation of Bone Remodeling Based on Damage Repair
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Tianjin University

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    摘要:

    目的 研究不同损伤情况下的骨重建行为。方法 本文提出了一种疲劳机制作用下的骨重建模型,通过建立股骨近端的三维有限元模型,并结合有限元法,分别模拟了三种载荷工况下的骨重建情况,分析股骨近端的力学性能及密度变化。 结果 通过增加载荷循环次数,使得损伤不断增加。在不同的损伤情况下,骨展现出不同的骨重建行为。骨重建作为一种修复机制,在一定的范围内可以弥补由于疲劳损伤造成的骨量丢失。结论 本文提出的损伤自适应重建模型可以模拟不同损伤作用下的骨重建行为,也可以模拟由于载荷循环次数过大引起的过载吸收。对疲劳损伤作用下的骨重建行为进行研究,可以为骨折预防提供参考,还可以为术后康复治疗提供理论依据。

    Abstract:

    Objective To study the bone remodeling behavior under different damage situations. Methods In this paper, a bone remodeling model under the action of fatigue mechanism was proposed. By establishing a three-dimensional finite element model of the proximal femur and combining with the finite element method, the bone remodeling under three loading conditions was simulated, and the mechanical properties and density changes of the proximal femur were analyzed. Results The damage increased by increasing the number of loading cycles. Under different damage conditions, bone showed different remodeling behaviors. As a repair mechanism, bone remodeling can make up for the loss of bone mass due to fatigue damage within a certain range. Conclusions The damage adaptive remodeling model proposed in this paper can simulate the bone remodeling behavior under different damage amount, and the overload absorption caused by excessive loading cycles. The study on the behavior of bone remodeling under the fatigue damage can provide reference for fracture prevention and theoretical basis for postoperative rehabilitation treatment.

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  • 收稿日期:2020-07-22
  • 最后修改日期:2020-08-06
  • 录用日期:2020-08-06
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