胸腰椎三维非线性有限元模型的建立

摘要：

目的 为胸腰椎的生物力学有限元分析研究建立有效的T11～L3节段的三维非线性有限元模型.方法 将健康成人自T11～L3节段脊柱的CT扫描图像,以DICOM格式导入软件Simpleware2.0,生成三角网格模型.利用软件Geomgic8对模型进行修复和优化后生成实体模型,导入有限元软件Abaqus6.9中,骨性结构均采用C3D8单元;椎间盘由髓核和纤维环组成,髓核由5层8节点实体单元组成,纤维环有8层相互交叉胶原纤维层组成,髓核与纤维环采用C3D8RH单元进行网格划分,胶原纤维采用TRUSS单元;赋予所有韧带1 mm的厚度,通过S4R壳单元模拟了前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘上韧带、棘间韧带、横突间韧带,采用S3R壳单元模拟小关节囊韧带.赋予椎间盘超弹性、骨性结构弹塑性及韧带黏弹性材料属性.并通过验证模型的几何相似性和椎间盘的载荷-位移变化以及冲击暴力下的应力分布情况,验证模型的有效性.结果 建立了胸腰椎(T11～L3)的三维有限元模型,共包含71 939个节点和78 887个单元.本模型几何相似性好;与体外实验在相同条件下得到的椎间盘载荷-位移曲线图结果非常相近;在动态冲击实验下观察应力云图,椎体皮质骨、后部结构及松质骨的应力分布规律和其他实验一致.结论 建立的具有六面体网格的、非线性模型的完整胸腰椎(T12～L1)有限元模型,可进行冲击实验并进行动态分析,为下一步进行胸腰椎生物力学研究提供了有效的三维有限元模型.

关键词：胸椎、腰椎、脊柱、有限元分析

所属期刊栏目：91

分类号：R783.6(口腔科学)

资助基金：国家自然科基金30973034;上海市科委重点支撑项目08411952200

在线出版日期：2011-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：2176-2180