Computer de modelare rigiditate telescopici dispozitive de fixare externă (APS)

In practica Traumatologie și Ortopedie este cunoscut faptul că rigiditatea ansamblului fixatoare externe (APS) asigură imobilizare suficientă și fixarea stabilă a fragmentelor osoase. Am dezvoltat dispozitive de fixare externe telescopice reprezintă un nou sistem de opțiune spitsesterzhnevoy pentru tratamentul pacienților cu traumatisme și ortopedice. In studiul calculator starea de tensiune-deformație a elementelor individuale și construcțiile din modele generale, matematice au fost construite cu anumite ipoteze care determină operarea unității de proces (Charles et al., 1996, 1998, 1999).

Astfel, elementele fixator extern au fost aproximată prin noi scheme de decontare în urma. Spoke văzută ca un „șir întins“ sau grindă elastică. Mai mult pretensioning actele de încărcare laterală pe ea. Sa presupus că dimensiunea transversală a acelor este neglijabil relativ longitudinal. Capetele spițelor sunt fixate pe dispozitivul de segmente de suport de fixare externă (stâlpi) având o anumită ductilitate (tenacitate). Ace tricotat urzeală pe un „filament întins“ este definită de ecuația (1):

unde P - sarcina, E - elastic material de spițe ale modulului, F este suprafața spițelor secțiune transversală, u - spițe de deflexie, N₀ -tensiunea spițelor, k₁, k₂ - sprijină conformitatea.
Calculul deformatiilor spițelor model fascicul elastic cu rigiditate variabilă a fost realizată în conformitate cu formula (2):

în care EJ (x) - rigiditatea momentului de încovoiere fasciculului - devierea fasciculului, q (z) - o sarcină laterală, x - coordonate de-a lungul spițele axei fasciculului.

Suport (segment) a fost identificat ca fiind o grindă secțiune transversală variabilă. Încărcați-l mirau punctele de atașare ale impactului spițe și găuri ia în considerare schimbă rigiditatea la încovoiere. Bazarea pe margini a fost fixată rigid sau pivotant. Ecuația Equilibrium este rezolvată de suport (3) în formă și notație similară cu formula (2):

Condiții de delimitare:

a) fixarea rigida

la¹(0) = 0, y¹(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0- (4)

b) articulat

la²(0) = 0, y²(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0. (5)

La selectarea cravată de contact tijă ignorate filet, iar mărimea calculată sa presupus diametrul său interior.

Materialul de elemente de construcție AVF considerate elastice. Astfel, pentru spițe permise de deformare plastică.

Pentru a obține parametrii stării tensiune-deformare a fasciculului de referință pentru a rezolva ecuații diferențiale de forma (3) cu condițiile limită - tare (4) sau articulația (5) este securizat.

Pentru a rezolva problema, am folosit o metodă numerică de diferență finită și algoritmul monotonă cinci puncte matura. Rezultatul este o dependență de „încărcare-deplasare» (P&asymp-U). ecuații de rezolvare partei (1) și (2), obținut conform P&asymp-U cu tensiunea inițială a spițelor și conformitatea sprijinului pentru un exemplu particular de spițe de montare.

In figura 1, curbele 1-10 prezintă grafic variația coeficientului de suport maleabilitate la diferite moduri de fixare a spițelor.

Figurile 2 și 3 reflectă influența lungimii părții de lucru a spițelor și amploarea pretensionării pe deturnări.

Fig. 3. Devierea spițelor cu diferite valori ale U pretensionarea lor N

Fig. 4. Încovoierea bielelor de diferite lungimi L

Figura 4 prezintă efectul porțiunii de lucru a ansamblului de conectare FAM tijă lungime rigiditate.

Rezultatele cercetării pot fi clasificate în dispozitivul de fixare externă, o parte în funcție de contribuția lor la rigiditatea generală a sistemului. Demn de remarcat este faptul că cea mai mare contribuție la ansamblul de vehicule au făcut caracteristici de rigiditate conformitatea spițelor. Controlul acest factor este posibil în două moduri: fie prin schimbarea lungimii părții de lucru a acelor sau a valorii pretension. Această posibilitate este disponibilă în dispozitivele de fixare externe telescopice. Din cauza unei adaptări mai precis la forma de cadre de sprijin segment la nivelul membrelor configurație optimizată lungimea de lucru a spițelor și spitsenatyagivatel cu spițe de tensionare reglabile pot controla rigiditatea și sistemul în ansamblu. O limitare este sub tensiune limita elastică a materialului spițelor. Alți factori care influențează rigiditatea ansamblului este lungimea porțiunii de lucru a bielei și excentricitatea sarcinii longitudinale închise. Și un alt - influența concordant fixator extern segment de referință: mai mare decât diametrul său și mai aproape de punctul central de ace de fixare, cu atât mai puțin ansamblul de rigiditate (Karlov et al, 1996, 1998.).

27 Analiza rezultatelor experimentelor a relevat faptul că deplasarea axială afectează substanțial rigiditatea ansamblului dispozitivelor de fixare externe telescopice. factor important este lungimea totală a rafturilor și a ansamblurilor de diametru mai mic. Se constată că pretensionarea reduce deformarea maximă spits- trebuie să crească cu porțiunea sa de lucru, dar nu depășește rezistența la tracțiune a materialului pentru telescopic exterior dispozitivele fiksatsii- se ajunge la 100 kgf, iar în aparatul Ilizarov - 8-90 kG (Bagnoli, 1986). Pentru a crește puterea de tije lungi, bare de susținere poate fi îngroșat partea de mijloc atunci când retractat firului. Astfel, atunci când rigiditatea încărcării segmentului în planul de referință al inelului decât în direcție perpendiculară. Prin urmare, pentru a crește rigiditatea ansamblului spiței trebuie să fie fixat mai aproape de nodurile conectează segmentele cu tije, bare de susținere, și pentru a reduce - sunt create mai aproape de segmentul de sus decât tensiunea specificată peste dispozitivul de fixare externă, care afectează în mod semnificativ rigiditatea întregului sistem, și favorabile condiții pentru spițelor pentru întreaga perioadă de tratament.

In timpul testelor externe banc de dispozitive de fixare și au fost colectate într-un variante telescopici clasice. Rezultatele studiilor au arătat că fragmentate cele trei elemente principale ale dispozitivelor de fixare externe telescopice este spiței mai maleabil. Cedând spițe depinde de magnitudinea de pretensionare, care poate fi măsurată prin intermediul spitsenatyagivatelya. Cu toate acestea cleme folosite în dispozitivele de fixare externe nu oferă întotdeauna retenție fiabilă a spițelor tensionate.

Tije suport datorită mici momentului de inerție, de lungime mare și rigiditate ridicată în direcția axială, au un efect redus asupra sistemului „inel de sprijin - spițe“ și să dea o mică contribuție la mișcarea părții încărcate spițelor de-a lungul axei aparatului.

Evaluarea experimentala a aparatelor Ilizarov rigiditate și dispozitive de fixare externe telescopice în unele exemple de realizare, asamblare forța axială de compresiune asupra comportamentului neliniar standul de încercare arată (cu un diametru mai mare de inelele de susținere crește neliniaritate) schelelor vorbit aparat (fig. 5). Această neliniaritate este, evident, cauzată de comportamentul neliniar al elementelor cadrului mai puțin rigide - spițe subțiri.

Fig. 5. rezultatele testelor AMF pe axial forța F compresiune în diferitele exemple de realizare de asamblareA) Ilizarov: B - cilindrice, d = 150 mm-C - telescopic d = 140-155-170-190 mm- D - cilindrice, d = 190 mm-b) APS telescopic: E - telescopic, d = 118 -140-165-190 mm- F - cilindrice, d = 190 mm-G - cilindrice d = 190 mm, cu patru tije

Introducere în structura 4 tije metafizei în loc de spițe aproximează rigiditate caracter la comportamentul liniar al carcasei și, respectiv, conduce la o rigiditate fixare creștere la o sarcină de 600 N, în comparație cu cadrele spițelor de același diametru (fig. 5).

În plus, dispozitivele spitsesterzhnevye furnizează practic zero „contracție“, în procesul de încărcare cu ciclu redus (Fig. 6). Fenomenul de „contracție“ este prezentată ca o reducere a diferenței inițiale dintre cele două jumătăți ale osului simulat în primele câteva cicluri de încărcare și descărcare.

Fig. 6. asamblare „Contracție“ în diferite variante AMFA) Ilizarov: B - cilindric 6-150 mm-C - telescopic, d = 140-155-170-190 mm, D - cilindrice, d = 190 mm-b) APS telescopic: E - telescopic, d = 118 -140-165-190 mm- F - cilindric, d = 190 mm-G - cilindric, d-190 mm cu doi H sterzhnyami- - cilindric, d = 190 mm, cu patru tije

După 6-8 cicluri, valoarea clearance-ului se stabilizează. Motivul pentru acest fenomen este următorii factori. În primul rând - o concentrare semnificativă de stres în materialul spițelor la punctul de atașare la inelul de susținere, în cazul găurii de sondă se prăbușește șurubul de blocare. În al doilea rând - de mare valoare spițe de tensiune pentru unghiuri mici de deviere.

Aceasta este, la început cicluri găuri de sondă suferă o deformare plastică în punctele de prindere, atâta timp cât unghiul de deviație nu atinge spițelor când tensiunile care acționează asupra aparatului la o sarcină de 800 N este comparată cu punctul de randament al spițelor materiale. Baruri, intrare în loc de spițe, deformări plastice nu se simt, astfel încât sistemul „dispozitiv - simulator de oase«revine la starea inițială după îndepărtarea sarcinii, fără»contracție“.

Spoke APS se confrunta cu „contracție“ semnificativă, care este comparabil cu diferite diametre ale cadrelor, deși are tendința de a crește odată cu creșterea diametrului carcasei, și o medie de 4,8 mm, după 4-6 cicluri de încărcare la un nivel de 800 N (Fig. 6, curbele B, C, D, E, F).

Compararea rigidității cilindrice clasice și telescopică asamblare FAM realizare care prezintă avantajul schele telescopice, comparativ cu convenționale (fig. 7-10).

Acest lucru se datorează faptului că, în întruchiparea telescopic a sarcinii care acționează de-a lungul axei aparatului, planurile de referință nu a perceput în mod egal. Planul inelului cu diametru mai mic presupune majoritatea încărcăturii este, în principal, datorită lungimii de lucru în mod corespunzător mai mică a spițelor. Acest lucru poate avea consecințe nedorite asociate cu posibilitatea de fracturi osoase sau ace de erupție plan ce a primit cea mai mare parte a sarcinii. Pentru a elimina este necesar pentru a reduce presarcina de spițe fixe în inelele unui diametru mai mic. Cu toate acestea, acest lucru poate duce la o scădere a rigidității fixatorul extern (Fig. 11).

Fig. 11. Distribuția sarcinii în APS telescopice în funcție de tensiunea spițelor pe inele de diferite diametre

Pentru unitățile cilindrice de fixare externă axială de compresiune a sarcinii este luată în mod egal de toate elementele, inclusiv spițe. Iar schimbarea diferenței dintre cele două jumătăți ale zarurilor vor fi egale cu dublul spițele deformare considerând rigiditatea inelului.

Este mai dificil de Aparat telescopic de fixare externă. Așa cum este prezentat schematic în Figura 12, dimensiuni de asamblare „inel 2 + spițe“ sunt diferite pentru aceeași pretensionarea spițele diferite ansambluri și rigiditate și de aceea, fiecare pereche de ansambluri, jumătatea de fixare osoasă percepe rigiditate proporțională sarcină diferită. Diametrul inelelor de susținere a făcut 190-165-140-118 mm. Acest lucru conduce la faptul că spițele sunt ansamblul mai încărcate (numărul 2 și 4 din figura 12) poate distruge tesutul osos, care este extrem de nedorit.

Fig. 12. variantă de asamblare telescopic a fixatorul extern cu diametrul inelelor de sprijin 190-165-140-118 mm (Non ansamble respectiv 1-2-3-4)

O altă variantă de realizare a ansamblului de fixare dispozitive externe telescopice este de a utiliza inele de susținere același diametru în fiecare pereche este jumătate din mașină, adică, 190-190-140-140 mm (fig. 13). Astfel, prin stabilirea aceleiași pretensionarea toate spițele pot fi siguri că distribuția sarcinii este la fel ca și spițele.

Fig. 13. Telescopic asamblare realizare a fixatorul extern, care utilizează același inel diametru cuprins în fiecare pereche care este jumătate unitate: mm 190-190-140-140 (Sau construi numere de 1-2 și 3-4)

Testele au arătat că Bench versiunea telescopică a ansamblului dispozitivului de fixare externă mărește rigiditatea sistemului cu 17-20% comparativ cu tuburile cilindrice clasice.

Astfel, rigiditatea inițială a dispozitivului carcasei de fixare externă poate fi îmbunătățită prin utilizarea unui principiu telescopic (Karlov et al, 1999.) Din cauza:

creșterea tensiunii spițelor înainte de 120-140 kg;
spițe de montare intersectează inelul de susținere, la un unghi în ele intervalul 60-90 °, și cel mai important, simetric în raport cu vârfurile poliedrului că lungimea de lucru a spițelor are aceleași;
posibila utilizare a inelelor de susținere cu un diametru mai mic;
tije de montaj Rack cât mai aproape posibil de locurile de atașare a spițelor;
strângere maximă a racordurilor filetate;
înlocuirea parțială sau totală a spițelor de pe tije.

In timpul tratamentului rigiditatea sistemului poate fi reglată prin reducerea dezasamblarea parțială tensiunii spits- și instalarea inelelor de sprijin cadru permutare diametra- mai mare de atașare a spițelor sau tije de prindere unghi între ele, în loc mai îndepărtat de montanți și baruri în loc aranjate asimetric în raport cu nodurile de referință poliedrale inel.

În plus față de avantajele Dispozitive de fixare externă telescopice Ei au dezavantajele asociate cu mare aparat „contracție“ la primul ciclu de încărcare, care dispare substanțial odată cu înlocuirea parțială a spițelor de pe tije. În unele cazuri, terminalele standard (spițe de fixare ansambluri) nu oferă întotdeauna de retenție fiabilă a spițelor de la tragerea la pretensionării mari și spițele sarcinii pe aparat. Dacă se folosesc ace subtiri, eficiența scheletului rigid poate scădea (Karlov și colab., 1998, 1999).

AV Karpov VP Shakhov
Sistemul de fixare externă și mecanisme de reglementare biomecanica optimă

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit