Компјутерско моделирање ригидност телескопски надворешна фиксација уреди (APS)

Во пракса трауматологија и ортопедија Познато е дека на вкочанетост на Собранието надворешен fixators (APS) обезбедува доволно имобилизација и стабилна фиксација на коска. Имаме развиена телескопски надворешни уреди за фиксација претставуваат нов систем spitsesterzhnevoy опција за третман на пациенти со траума и ортопедски. Во компјутерски студија состојба на стрес-вирус на одделните елементи и конструкции во принцип, математички модели беа изградени со одредени претпоставки утврдување операција процес единица (Чарлс et al., 1996, 1998, 1999).

Така, елементите на надворешен фиксатор се поистоветат со нас следните шеми населба. Зборуваше гледа како на "протегала стринг" или еластична зрак. Исто pretensioning странични дела товарот на него. Се претпоставува дека попречно големината на игли е занемарлива во однос на надолжната. Краевите на краците се прицврстени на уредот со поддршка сегменти надворешна фиксација (столбови) има одредена еластичност (цврстина). Warp игли за плетење на "протегала влакно" е дефиниран од страна на равенката (1):

каде што P - товар, Е - еластична модул краци материјал, F е од областа на крст краци на секцијата, u - насочувачки краци, N₀ -тензија на краците, k₁, k₂ - поддржува усогласеност.
Пресметка на дефлексиите краци еластична шемата на греда со променлива вкочанетост беше спроведена во согласност со формулата (2):

назначена со тоа, EJ (x) - вкочанетост на моментот на свиткување зрак - отклонување на зрак, q (Z) - странични товар, X - координатен заедно краци на оската зрак.

Поддршка (сегмент) беше идентификуван како променлива пресек зрак. Вчитај ја прашував во точките прилог на краци и дупки влијание зема во предвид промените на свиткување вкочанетост. Потпирање на рабовите е фиксна строго или стожерно. Еквилибриум равенката е решен поддршка (3) во форма и нотација слични на формулата (2):

Гранични услови:

а) крути фиксација

на¹(0) = 0, y¹(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0- (4)

б) шарки

на²(0) = 0, y²(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0. (5)

При изборот на контакт вратоврска прачка занемари тема, а пресметаните големина претпоставува неговиот внатрешен дијаметар.

Материјал на градежни елементи aVF смета еластична. Така за краци дозволено пластична деформација.

Со цел да се добие на параметрите на состојбата на стрес-вирус на референтната зрак за решавање на диференцијални равенки на форма (3) со границата услови - тешко (4) или на шарката (5) се обезбедени.

За да се реши проблемот, ние се користат нумеричка методот на конечни разлики и алгоритам монотоно пет-точка замав. Резултатот е зависноста на "товарот-поместување» (P&asymp-U). Бројно решавање на равенки (1) и (2) добиени во согласност со P&asymp-U со почетна тензија на краците и усогласеноста на поддршка за одредена олицетворение на монтажа краци.

Слика 1, криви 1-10 графички покажува поддршка коефициент на еластичност на варијација на различни начини за прицврстување на краците.

Сликите 2 и 3 одразува влијанието на должината на работниот дел на краци и големината на претензија на дефлексии.

Сл. 3. На отклонување на краци со различни вредности U на нивните pretensioning N

Сл. 4. На отклонување на поврзување прачки на различни должини L

Слика 4 покажува ефектот на работниот дел на поврзување прачка должина вкочанетост AMF собранието.

Резултатите од истражувањето можат да се квалификуваат во дел надворешна фиксација уред според нивниот придонес за севкупниот ригидност на системот. Интересно е тоа што најголем придонес во собранието на возилото го направија вкочанетост согласност карактеристики на краците. Контролирање на овој фактор е можно на два начина: со менување или должината на работниот дел на игли или претензии вредност. Оваа можност е достапна во телескопски надворешни уреди за фиксација. Поради попрецизно прилагодување на формата на поддршка рамки ногата сегмент конфигурација оптимизиран работна должина на краците и spitsenatyagivatel со прилагодливи тензија краци можат да го контролираат ригидност и на целокупниот систем. А ограничување е под притисок на еластична граница на материјал на краците. Други фактори кои влијаат на вкочанетост на собранието е должината на работниот дел на поврзување прачка и ексцентричност на приложените надолжно оптоварување. И уште - влијанието на начела референтен сегмент надворешен фиксатор: поголема од неговиот дијаметар и поблиску до точка на одредување игли центар, помалку собранието на вкочанетост (Karlov et al, 1996, 1998 година.).

27 Анализа на резултатите од експериментите откри дека аксијално поместување значително да влијае на вкочанетост на Собранието на телескопски надворешни уреди за фиксација. Важен фактор е вкупната должина на рамки и собранијата на помал дијаметар. Се утврди дека пред тензија се намалува максималниот девијации spits- тоа треба да се зголеми со своите работниот дел, но не надминува затегнувачка цврстина на материјалот за надворешниот телескопски уреди fiksatsii- го достигне 100 КРФ, а во апарат Илизаров - од 80-90 кг (Bagnoli, 1986). Да се зголеми силата на долги прачки, Struts може да бидат задебелени средниот дел кога повлече конец. Така, кога на цврстината на вчитување сегмент во референтната рамнина на прстенот отколку во нормална насока. Затоа, да се зголеми ригидност на собранието на краци треба да бидат прицврстени поблиску до јазли поврзете сегменти со стапови, Struts, и да се намали - се создадени поблиску до сегментот на врвот од назначениот напон низ надворешна фиксација уред, што значително влијае на цврстината на целиот систем, како и поволни услови за краци за целиот период на третман.

За време на тестовите за надворешна фиксација уред клупата и се собрани во еден класичен telescoping embodiments. Резултати дробни студии покажале дека три главни елементи на телескопски надворешни уреди за фиксација е најстариот податлив краци. Дава краци зависи од големината на претенциозност која може да се мери преку spitsenatyagivatelya. Сепак прстиња се користи во надворешни уреди за фиксација не секогаш обезбедуваат сигурен задржување на краците затегнат.

Прачки решетката поради малиот момент на инерција, долго должина и висока цврстина во аксијална насока има мал ефект врз систем на "поддршка прстен - краци" и даде мал придонес за движење на товарниот дел на краците по должината на оската на апаратот.

Експериментално определување на цврстина Илизаров апарати и телескопски надворешни уреди за фиксација во некои embodiments, монтажа компресија аксијална сила на тест клупата шоу нелинеарно однесување (со зголемување на дијаметарот на поддршка прстени нелинеарност зголемува) скелети зборуваше апарати (сл. 5). Ова нелинеарност е очигледно предизвикана од нелинеарна однесување на најмалку цврста рамка елементи - тенки краци.

Сл. 5. AMF резултатите од тестот на аксијална компресија сила F во различни собранието олицетворениеA) Илизаров: B - цилиндрични, d = 150 mm-C - телескопски d = 140-155-170-190 mm- D - цилиндрични, d = 190 mm-b) телескопски APS: E - телескопски, d = 118 -140-165-190 mm- F - цилиндрични, d = 190 mm-G - цилиндрична d = 190 mm со четири прачки

Вовед во структура 4 метафизеална прачки наместо краци приближна карактер ригидност на линеарни однесување на труп и, соодветно, води до зголемување фиксација ригидност на при товар од 600 N во споредба со краци рамки на ист дијаметар (сл. 5).

Покрај тоа, spitsesterzhnevye уреди обезбеди речиси нула "намалување" во вчитување на ниско-циклус (сл. 6). Феноменот на "намалување" се прикажува како намалување на почетната јазот помеѓу половини на симулирани коска во првите неколку циклуси на утовар и истовар.

Сл. 6. "Намалување" АМФ собранието во различни embodimentsA) Илизаров: B - цилиндрична 6-150 mm-C - телескопски, d = 140-155-170-190 mm, D - цилиндрични, d = 190 mm-b) телескопски APS: E - телескопски, d = 118 -140-165-190 mm- F - цилиндрични, d = 190 mm-G - цилиндрична, D-190 mm со две sterzhnyami- H - цилиндрични, d = 190 mm со четири прачки

По 6-8 циклуси, вредноста на клиренсот се стабилизира. Причината за овој феномен е на следниве фактори. Прво - значајна концентрација на стрес во материјал на краците на точката на прикачување на поддршка на прстен, каде што покрстата паѓа за заклучување на завртката. Второ - голема тензија краци вредност за мала девијација агли.

Тоа е, на прв циклус на покрстата подложува на пластична деформација во точките за прицврстување додека аголот на отстапување не се постигне краци кога стресот делува на апаратот при товар од 800 N е во споредба со развлекување на краци на материјалот. Барови, влез наместо краци, пластични деформации не се чувствуваат, па системот "уред - симулатор Коски" се враќа во неговата оригинална состојба по отстранување на оптоварување без "намалување".

Зборуваше со APS доживува значителен "намалување", кој е споредлив со различни дијаметри на рамки, иако има тенденција да се зголемува со зголемување на дијаметарот на труп, и во просек од 4.8 mm по 4-6 циклуси на вчитување на ниво од 800 N (сл. 6, криви B, C, D, E, F).

Споредба на ригидност класичен цилиндрични и телескопски олицетворение AMF собранието покажуваат предност на телескопски скелети во споредба со конвенционалните (Сл. 7-10).

Тоа е затоа што во телескопски олицетворение на товарот постапувајќи по должината на оската на апаратот, повикување авиони не се смета подеднакво. Авионот на прстенот со помал дијаметар презема поголемиот дел од товарот е главно се должи на соодветно помала работна должина на краците. Ова може да има несакани последици поврзани со можноста од фрактури на коските или ерупција игли авион добивање на најголем дел од товарот. За да се елиминира тоа е потребно да се намали preload на краци фиксна во прстени со помал пречник. Сепак, тоа може да доведе до намалување на цврстината на надворешен фиксатор (Сл. 11).

Сл. 11. Распределбата на товарот во телескопски APS во зависност од напнатоста на краците на прстени од различни дијаметри

За цилиндричните единици на надворешна фиксација аксијална компресија оптоварување се зема подеднакво од сите елементи, вклучувајќи го и краци. И промената на јазот помеѓу половини на коцката ќе биде еднаква на двапати краци на девијации со оглед на крутост на прстен.

Потешко е да се телескопски апарат надворешна фиксација. Како шематски прикажано на Слика 12, монтажа димензии "2 + краци прстен" се различни за истиот претходно тензија краци различни собранија и ригидност и затоа, секој пар на собранија, половина коска фиксација гледа различни оптоварување пропорционален цврстина. Дијаметарот на прстени поддршка направени 190-165-140-118 мм. Ова води кон фактот дека краци се најмногу Loaded собранието (број 2 и 4 во Слика 12) може да го уништи на коскеното ткиво, што е исклучително пожелно.

Сл. 12. Телескопски собранието олицетворение на надворешен фиксатор со дијаметар од поддршка прстени 190-165-140-118 mm (Не собранија односно 1-2-3-4)

Друга олицетворение на Собранието на телескопски надворешни уреди за фиксација е да се користи за поддршка прстени на ист дијаметар во секој пар е половина од машина, на пример, 190-190-140-140 mm (Сл. 13). Така, со поставување на истиот претходно тензија сите краци да бидете сигурни дека распределбата на товарот е иста како и на краците.

Сл. 13. Телескопски собранието олицетворение на надворешен фиксатор, кој се користи на ист дијаметар прстен во секој пар што е половина единица: мм 190-190-140-140 (Или изгради броеви 1-2 и 3-4)

Клупата тестови покажаа дека телескопски верзија на Собранието на надворешна фиксација уред го зголемува цврстина на системот од страна на 17-20% во споредба со класичната цилиндрични цевки.

Така, почетната ригидност на уредот труп надворешна фиксација може да се подобри со користење на принципот телескопски (Karlov et al, 1999) се должи на:

зголемување на тензија на краците пред да се 120-140 кг;
монтажа краци пресекуваат е поддршка прстен на една помеѓу нив агол во опсегот од 60-90 °, и што е најважно, симетрично во однос на темиња на полиедар дека работната должина на краците ги има истите;
можна употреба на поддршка прстени на помал дијаметар;
Фитинг прачки решетката што е можно поблиску до местата на прицврстување на краци;
максимална затегнување на навој врски;
делумна или целосна замена на краците на прачки.

За време на третманот вкочанетост системот може да се прилагоди од страна на намалување на тензиите spits- делумно демонтажа и монтажа на прстени за поддршка рамка поголем diametra- пермутација на прикачување на краци или прачки задржување на агол помеѓу нив во место повеќе оддалечени од uprights и барови во место асиметрично наредени во однос на темиња на многостенен референца прстен.

Во прилог на предностите телескопски надворешни уреди за фиксација Тие имаат недостатоци поврзани со големи "намалување" апарат на првиот циклус товарење, која во голема мера ќе исчезне по делумна замена на краците на прачки. Во некои случаи, на стандардни терминали (краци прицврстување собранија) не секогаш обезбедуваат сигурен задржување на краците од повлекување на големи претензии на краци и оптоварување на апаратот. Ако се користат тенки игли, ефикасноста на цврсти скелет може да се намали (Karlov et al., 1998, 1999).

AV Карпов VP Shakhov
Надворешен систем за фиксирање и регулаторни механизми оптимална биомеханика

Сподели на социјални мрежи:

Слични