骑行时不同屈曲角度膝关节软骨受力分析

摘要：

在对骑行人车系统动力学研究的基础上,分析在骑行周期内膝关节软骨的受力状态,以期获得关节软骨受力的规律,增加对骑行时膝关节生物力学特性的理解.基于有限元分析法,建立包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨、关节软骨、半月板及韧带组织的人体全膝关节有限元模型.将骨组织刚体化,并对其施加屈曲位移边界条件,包括胫骨相对股骨的内旋、内收、前移和外移以及髌骨相对股骨的屈曲、内旋、内倾以及外移.通过显式动力学分析计算,获得膝关节屈曲60°、80°和100°相位,同时得到骑行状态上述屈曲位处膝关节软骨的应力分布.结果通过有限元分析,获得骑行姿态下膝关节相关相位的力学分布规律.结果表明,相同载荷下,最大von-Mises应力出现在屈曲100°位置,股骨软骨应力增幅达71.25％,髌骨软骨增大29.36％;随着骑行屈曲角度的增加,胫股关节高应力区逐渐向膝关节后部转移,髌股关节软骨受力逐渐上移.骑行时高应力发生在膝关节屈曲角度较大位置,胫骨平台软骨后侧、髌骨软骨上侧承受更大应力.

关键词：膝关节、软骨、骑行、有限元模型、屈曲

所属期刊栏目：35

分类号：R318(医用一般科学)

资助基金：国家自然科学基金重点项目11432016;国家自然科学基金11172208,11402171

在线出版日期：2016-03-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：119-123