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三维钛网颅骨修补片建模及结构优化方法研究

作　者: 王志波
导　师: 李佳
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 颅骨修补术有限元分析钛网凸筋优化设计
分类号: R651.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要

为了改善三维钛网颅骨修补片的力学性能,使接受颅骨修补术的患者获得更好的愈后效果,本文利用计算机辅助设计(computer aided design)技术设计制作个体化颅骨修补片。针对一种常用的三维颅骨修补钛网,建立钛网修补片的几何模型和有限元模型,并在此基础上采用凸筋技术对钛网修补片进行结构优化。论文首先介绍人体颅脑生物力学基础知识、薄壳力学基础知识,有限元法基础知识和正交实验的基本原理。然后,以CT数据为基础对缺损颅骨进行三维重构,设计了颅骨修补片的曲面模型。在此基础上,通过去除材料的方法建立了钛网修补片的几何模型;通过边界约束条件的确定、载荷条件的等效和网格划分建立了钛网修补片的有限元模型。接下来,论文借助模型采用凸筋技术对三维钛网修补片进行结构优化。为了确定优化的效果,论文以钛网加筋后受力的最大变形为指标,以凸筋的长、宽、高为因素,为每个因素选择三个不同的水平设计正交试验。试验结果表明,压出凸筋后,钛网修补片受力后的变形明显减小,对此变形影响最为显著的因素是凸筋的宽。此外,论文还选择具体病例进行钛网修补片的结构优化设计,以此来说明钛网修补片结构优化的过程。最后,论文总结了三维钛网修补片建模和结构优化技术,并针对研究中存在的不足给出了以后的工作展望。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 课题来源、背景及意义  7-8
  1.2 国内外相关发展状况  8-13
    1.2.1 颅骨修补材料的发展  8-10
    1.2.2 颅骨修补片设计及成形方法的发展  10-11
    1.2.3 手术方法  11-12
    1.2.4 钛网修补片结构优化  12-13
  1.3 本文主要研究内容  13-14
第二章钛网修补片建模及优化设计基础  14-23
  2.1 颅脑生物力学基础  14-16
    2.1.1 颅脑组成  14-15
    2.1.2 颅骨损伤及颅脑损伤理论研究  15-16
  2.2 相关理论基础知识  16-22
    2.2.1 薄壳力学基础知识  16-17
    2.2.2 有限元基础  17-20
    2.2.3 正交试验原理  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章个体化颅骨修补片设计方法研究  23-29
  3.1 原始数据采集  23-24
    3.1.1 CT技术  23
    3.1.2 数据采集  23-24
  3.2 修补片几何设计  24-27
    3.2.1 断层轮廓提取  24-25
    3.2.2 三维重构  25-26
    3.2.3 修补片曲面模型的建立  26-27
  3.3 个体化颅骨修补片制备方法  27-28
  3.4 个体化颅骨修补片设计应用实例  28
  3.5 本章小结  28-29
第四章三维钛网修补片建模方法研究  29-38
  4.1 三维钛网修补片几何模型的建立  29-32
    4.1.1 平面三维钛网几何关系的确定  29-31
    4.1.2 三维钛网修补片几何模型的建立  31-32
  4.2 三维钛网修补片有限元模型的建立  32-37
    4.2.1 边界约束条件的简化  32-33
    4.2.2 等效载荷条件的确定  33-35
    4.2.3 有限元网格类型的选择及网格划分  35-37
    4.2.4 有限元分析  37
  4.3 本章小结  37-38
第五章三维钛网修补片结构优化方法研究  38-51
  5.1 三维钛网修补片优化方法  38-43
    5.1.1 凸筋方法的提出  38-40
    5.1.2 凸筋的实现方法  40-41
    5.1.3 凸筋位置及方向的选择  41-42
    5.1.4 凸筋参数的确定  42-43
  5.2 典型病例的钛网修补片优化设计  43-50
    5.2.1 结构优化前的有限元分析结果  43-44
    5.2.2 结构优化  44-50
  5.3 本章小结  50-51
第六章结论与展望  51-52
参考文献  52-55
发表论文和参加科研情况说明  55-56
致谢  56

三维钛网颅骨修补片建模及结构优化方法研究

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