基于等幾何分析的非均質股骨近端模型的受力分析

產啟平，陳 龍

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

基于等幾何分析的非均質股骨近端模型的受力分析

產啟平，陳 龍

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

人工股骨置換手術是目前治療股骨骨折比較成熟的一種方法。但由于人體骨骼的復雜性，采用單一材料均勻分布進行力學性能分析時難以得到準確結果。文中采用3種不同的材料賦值方法進行材料非均質建模以提高模型建模精度，采用等幾何分析方法以提高性能分析精度。從股骨幾何點云和材料灰度信息數據出發，用體參數化的建模理論，得到人體股骨的B樣條體參數化模型，然后采用中心點插值、節點插值、高斯積分點3種插值法賦予模型10種不同的材料，得到非均質模型。根據有限元基礎理論推導出剛度矩陣，并施加邊界和約束條件，最終通過求解線性方程組得到靜力學分析結果。實驗表明，文中建模方法精確高效，得到的結果合理且更接近實際。

等幾何分析; 非均質; 體參數化; 股骨; 靜力學分析

目前治療股骨骨折的常見方法是人工股骨置換手術，鑒于股骨的重要性，所以對置換假體的性能要求也非常高。置換假體不僅要接近真實形態，而且要承受的住日常生活所施加的載荷，使其避免出現斷裂、錯位等現象。因此置換前，需對股骨進行精確的模型構建和力學性能分析。

對于股骨的分析需要建立精確的三維模型和準確的材料賦值，這也是進行股骨力學分析的基礎和關鍵。……