Počítačové modelování tuhost teleskopické externí fixační zařízení (APS)

V praxi medicínské je známo, že tuhost sestavy vnější fixační prostředky (APS) poskytuje dostatečnou imobilizaci a stabilní fixaci kostních fragmentů. Vyvinuli jsme teleskopické externí fixační zařízení představují novou možnost spitsesterzhnevoy systém pro léčbu pacientů s traumatem a ortopedie. V počítačové studii deformační stav jednotlivých prvků a konstrukcí obecně, matematické modely byly konstruovány s určitých předpokladů určovací operace procesu jednotky (Charles a kol., 1996, 1998, 1999).

To znamená, že prvky vnějšího fixátoru byly aproximovat námi po systémech vypořádání obchodů. Paprsků viděn jako „táhla řetězec“ nebo pružného nosníku. Dále napnutí boční zatížení působí na něj. Předpokládalo se, že příčná velikost jehel je zanedbatelná vzhledem k podélníku. Konce paprsků jsou upevněny na nosné segmenty Externí fixační zařízení (póly), který má určitou tažnost (houževnatost). Osnovní pletací jehly na „natažené vlákno“, je definována rovnicí (1):

kde P - zatížení, E - modul pružnosti paprsky materiál, F je plocha průřezu paprsků, u - vychýlení paprsků, N₀ -napětí paprsků, k₁, k₂ - podporuje jejich dodržování.
Výpočet odchylek paprsky pro pružný nosník vzor s proměnnou tuhostí se provádí podle vzorce (2):

vyznačující se tím, EJ (x) - tuhost okamžiku paprsku ohýbání - průhybu nosníku, q (z) - boční zatížení, x - souřadnice podél paprsků osy paprsku.

Podpora (segment) byl identifikován jako variabilní nosník průřezu. Načíst to divili se závěsnými body paprsků a otvory dopadu bere v úvahu mění tuhost v ohybu. Spoléhání se na okrajích byla stanovena pevně nebo otočně. Rovnováha rovnice je řešena ve formě a zápisu podporu (3) podobné vzorce (2):

Okrajové podmínky:

a) tuhé fixace

na¹(0) = 0, y¹(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0- (4)

b) zavěšené

na²(0) = 0, y²(L) = 0, y (0) = 0, y (L) = 0. (5)

Při volbě spojovací kontakt tyče nepřihlíží závit, a že vypočítaná velikost se předpokládalo, její vnitřní průměr.

Materiál z konstrukčních prvků AVF považovány za elastické. Proto je pro paprsky dovoleno plastickou deformaci.

Za účelem získání parametrů napětí-deformace stavu referenčního svazku řešit diferenciální rovnice tvaru (3) s okrajovými podmínkami - pevný (4) nebo na závěsu (5) je zajištěna.

Chcete-li vyřešit tento problém, jsme použili numerické metoda sítí a algoritmus monotónní pětibodový zatáčku. Výsledkem je závislost „zatížení-přemístění» (P&asymp-U). Číslicově řešení rovnice (1) a (2) získané podle P&asymp-U s předpětím paprsků a shoda podpory konkrétního provedení montážních paprsků.

Na obrázku 1, křivky 1-10 graficky znázorňuje změnu podporu koeficient poddajnosti na různé způsoby upevnění paprsků.

Obrázky 2 a 3 odráží vliv délky pracovní části paprsků a velikosti předpětím na výchylek.

Obr. 3. Vychýlení paprsků s různými hodnotami U svého předpětí N

Obr. 4. Vychýlení spojovacích tyčí různé délky L

Obrázek 4 ukazuje účinek na pracovní části ojnice délka tuhosti AMF montáž.

Výsledky výzkumu mohou být zařazen v části Externí fixační zařízení podle jejich příspěvek k celkové tuhosti systému. Za zmínku stojí, že největší příspěvek k montáži vozidla dělali charakteristiky tuhosti s prohlášením o shodě paprsků. Ovládání tento faktor je možná dvěma způsoby: buď změnou délky pracovní části jehel nebo předpínacího hodnoty. Tato možnost je dostupná v teleskopických vnějších fixačních prostředků. Vzhledem k přesnějšímu přizpůsobení tvaru nosných rámů končetiny segmentu konfigurace optimalizované pracovní délku paprsků a spitsenatyagivatel s nastavitelným napětím paprsků může řídit tuhost a celkový systém. Omezení je pod napětím, mez pružnosti materiálu paprsků. Mezi další faktory ovlivňující tuhost sestavy je délka pracovní části ojnice a výstřednosti uzavřeného podélného zatížení. A další - vliv přizpůsobivého segmentu reference vnějšího fixátoru: větší než jeho průměr a blíže ke středu upevňovací jehly, tím menší je sestava tuhost (Karlov a další, 1996, 1998)..

27 Analýza výsledků experimentů bylo zjištěno, že axiální posunutí v podstatě vliv na tuhost sestavy teleskopických vnějších upevňovacích zařízení. Důležitým faktorem je celková délka regály a montáže menším průměru. Bylo zjištěno, že předpětí se snižuje maximální průhyb spits- by mělo zvýšit svou pracovní částí, ale není vyšší než pevnost v tahu materiálu pro vnější teleskopické zařízení fiksatsii- dosáhne 100 kgf a v přístroji Ilizarovův - od 80-90 kg (Bagnoli, 1986). Pro zvýšení pevnosti dlouhých tyčí, vzpěr lze zahustit prostřední část, kdy zatažené nit. Tak když je tuhost zatížení segmentu v referenční rovině prstence, než v kolmém směru. Z tohoto důvodu, aby se zvýšila tuhost sestavy paprsku musí být upevněna blíže k uzlům spojit segmenty s tyčí, vzpěr, a pro snížení - jsou vytvořeny blíže k segmentu nahoře než specifikované napětí na vnější fixační zařízení, které významně ovlivňují tuhost celého systému, a příznivé podmínky pro paprsky po celou dobu léčby.

Během externí testy lavice fixační zařízení a byly shromážděny v klasické teleskopické provedení. Výsledky částečná studie ukázaly, že tři hlavní prvky teleskopických vnějších fixačních prostředků je nejvíce tvárný paprsků. Výtěžek paprsky závisí na velikosti předpětí, které mohou být dávkuje pomocí spitsenatyagivatelya. Nicméně svorky používané ve vnějších fixačních prostředků neposkytují vždy spolehlivé zadržení paprsků napnuté.

Tyče stojan z důvodu malého momentu setrvačnosti, dlouhé délky a vysokou tuhost v axiálním směru mají malý vliv na systém „opěrného kroužku - paprsky“ a dát malý příspěvek k pohybu zatížené části paprsků podél osy zařízení.

Experimentální hodnocení tuhosti Ilizarovův přístrojů a teleskopické Externí fixační zařízení, v některých provedeních, je sestava osovou tlakovou silou na zkušební stolici výstavním nelineárního chování (s rostoucím průměrem nosných prstencích nelinearita zvyšuje) skelety mluví zařízení (viz obr. 5). Tato nelinearita je samozřejmě způsobeno nelineárního chování nejméně tuhých rámových prvků - tenkých paprsků.

Obr. 5. Výsledky testů AMF na axiální tlakové síly F v různých montážních provedeníchA) Ilizarovův: B - Válcový, d = 150 mm C - teleskopický d = 140-155-170-190 mm- D - válcové, d = 190 mm, b) teleskopické APS: E - teleskopický, d = 118 -140-165-190 mm- F - válcové, d = 190 mm-G - válcové d = 190 mm se čtyřmi tyčemi

Úvod do struktura 4 metafýzy tyče místo paprsků přibližuje charakteru tuhost lineární chování kostry a, v tomto pořadí, vede ke zvýšení fixace tuhost při zatížení 600 N, které jsou ve srovnání s paprsky rámy stejného průměru (obr. 5).

Navíc spitsesterzhnevye zařízení poskytují prakticky nula „smrštění“ při nakládání s nízkou cyklu (Obr. 6). Fenomén „smrštění“ je znázorněna jako snížení počáteční mezery mezi polovinami simulovaného kosti v prvních několika cyklů nakládání a vykládání.

Obr. 6. Sestava „smrštění“ AMF v různých provedeníchA) Ilizarovův: B - Válcový 6-150 mm-C - teleskopický, d = 140-155-170-190 mm, D - válcové, d = 190 mm, b) teleskopické APS: E - teleskopický, d = 118 -140-165-190 mm- F - válcová, d = 190 mm-G - válcový, d-190 mm se dvěma sterzhnyami- H - válcový, d = 190 mm se čtyřmi tyčemi

Po 6-8 cyklech hodnota vůle stabilizuje. Příčinou tohoto jevu je následující faktory. První - významná koncentrace napětí v materiálu paprsků v místě upevnění na opěrný kroužek, kde vrtu zhroutí blokovací čep. Za druhé - velké napětí paprsků hodnota pro malé odchylky úhlů.

To znamená, že v první cykly vrtu podstupuje plastickou deformaci v upevňovacích bodech, pokud úhel odchylky nedosahuje paprsky při namáhání působící na zařízení při zatížení 800 N je ve srovnání s mezí kluzu hmotných paprsků. Bary, vstupní místo paprsků, plastické deformace necítí, takže systém ‚zařízení - simulátor Bones‚vrátí do původního stavu po odstranění zátěže, aniž by‘smrštění“.

Spoke APS zažívá významné „smrštění“, který je srovnatelný s různými průměry rámy, i když má tendenci se zvyšovat se zvyšováním průměru kostry, a v průměru o 4,8 mm, po 4-6 cykly zatížení na úroveň 800 N (obr. 6, křivky B, C, D, E, F).

Porovnání tuhosti klasické válcových a teleskopicky provedení AMF montáž zobrazující teleskopické tůra výhodu ve srovnání s běžným (obr. 7-10).

Je to proto, že v teleskopickém provedení zatížení, které působí ve směru osy zařízení, referenční roviny není vnímán stejně. Rovina kroužku s menším průměrem předpokládá, že většina zátěže je zejména v důsledku odpovídajícím způsobem menší pracovní délky paprsků. To může mít nežádoucí důsledky spojené s možností zlomenin kostí nebo erupce jehly rovině, který je příjemcem největší část zatížení. Pro odstranění je nutné snížit předpětí paprsků pevných do kroužků o menším průměru. To však může vést ke snížení tuhosti vnějšího fixátoru (obr. 11).

Obr. 11. Rozložení zatížení na teleskopických APS v závislosti na napětí paprsků na kruzích o různých průměrech

U válcových jednotek vnější fixace axiálního zatížení tlakem je vzat rovnoměrně všemi prvky, včetně paprsků. A změna mezery mezi polovinami kostky se rovná dvojnásobku vychylovacích ramen uvažují tuhost prstence.

Je mnohem obtížnější teleskopická vnější fixační. Jak je schematicky znázorněno na obrázku 12, montážní rozměry „2 + paprsky kruh“ jsou různé pro stejné předpětí paprsky různých sestav a tuhost, a proto každá dvojice sestav, kostní fixace poloviny vnímá jiný zatížení proporcionální tuhost. Průměr opěrnými kroužky vyrobeny 190-165-140-118 mm. To vede k tomu, že paprsky jsou nejzatíženější sestava (číslo 2 a 4 na obrázku 12), může dojít ke zničení kostní tkáně, což je krajně nežádoucí.

Obr. 12. Teleskopický montáž provedení vnějšího fixátoru s průměrem nosných prstenců 190-165-140-118 mm (Non sestavy resp 1-2-3-4)

Další provedení sestavy teleskopických Externí fixační zařízení je použít opěrné kroužky o stejném průměru v každé dvojici je polovina stroje, tj., 190-190-140-140 mm (viz obr. 13). Tedy nastavením stejné předpětí všechny paprsky mohou být jisti, že rozdělení zatížení je stejná jako paprsky.

Obr. 13. Teleskopický montáž provedení vnějšího fixátoru, který používá stejný průměr kruhu v každém páru, což je polovina jednotka: mm 190-190-140-140 (Nebo stavět čísla 1-2 a 3-4)

Bench testy ukázaly, že teleskopický verze sestavy Externí fixační zařízení zvyšuje tuhost systému o 17-20%, ve srovnání s klasickými válcových trubek.

To znamená, že počáteční tuhost kostry Externí fixační zařízení může být zlepšena použitím teleskopického principu (Karlov et al, 1999) S ohledem na:

zvyšování napětí paprsků před 120-140 kg;
montážní paprsky protínající opěrný prstenec v úhlu mezi nimi v rozmezí 60-90 ° C, a co je nejdůležitější, symetricky s ohledem na vrcholy mnohostěnu, že pracovní délka paprsků má stejný;
možné využití nosných prstenců menšího průměru;
Montážní tyče rack co nejblíže k místům upevnění paprsků;
maximální dotažení závitových spojů;
částečné nebo úplné nahrazení paprsků na tyčích.

Během léčby se systém tuhost může být nastavena snížit napětí spits- částečnou demontáž a montáž nosného rámu kruhů větší diametra- permutace připevnění paprsků nebo tyčí opěrných úhel mezi nimi na místě ve větší vzdálenosti od stojiny a barů v místě asymetricky uspořádaných vzhledem k vrcholů polyhedrální referenční ring.

Kromě výhod teleskopické externí fixační zařízení Tyto nevýhody spojené s velkým „smrštění“ zařízení při prvním cyklu nakládání, který v podstatě zmizí po částečné nahrazení paprsků na tyčích. V některých případech, standardní svorky (paprsků upevňovací sestavy) neposkytují vždy spolehlivé zadržení paprsků od tahání na velké předpětí paprsků a zatížení zařízení. Pokud jsou použity tenké jehly, účinnost tuhého skeletu se může snížit (Karlov et al., 1998, 1999).

AV Karpov VP Shakhov
Externí fixační systém a regulační mechanismy optimální biomechanika

Sdílet na sociálních sítích:

Podobné