吉林大学学士学位毕业论文
图4.7 金属柄2的应力分布示意图
如上图柄部被圈出部分设为柄部2，此处是埋入股骨的部分，根据其中方案中此区域的应力最大值，得到柱状图。根据柱状图可知：与a方案相比较，其余六种方案应力最值均有所减小，其中c的效果最好，其次是e和g，而d的效果最差。
a b
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第四章 人工髋关节的结构力学分析
c d e
f g
图4.8 金属柄3的应力分布示意图
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上图中，金属柄被圈出的部分设为柄部3，此区域是与股骨有接触的部分。根据各个方案中此区域的应力最大值，绘出柱状图如上。根据柱状图可知：与a方案相比，其余六种方案在此处的应力最大值均有所减小。其中，c方案减少的值最大，d方案减小的值最少，其余几个方案效果近似。 （2）股骨头的应力分布分析
对股骨头进行应力测量（以b方案为例如图4.9所示，其余见4.10），测量部位分别是股骨头的中心线处、左侧第一排微孔处、第一、二排微孔中间处、第二排微孔处、第二、三排微孔中间处、第三排微孔处，其测量值见表4-2所示。
表4-2 股骨头的应力测量值
方案 a b c d e f g
左微孔3应力值/M Pa 0.54 0.55 0.62 0.63 0.75 0.56 0.55
左3应力值/M Pa 0.50 0.40 0.37 0.36 0.38 0.51 0.41
左2应力值/M Pa 0.43 0.38 0.42 0.38 0.42 0.42 0.45
左微孔2应力值/M Pa 0.41 0.47 0.52 0.50 0.62 0.48 0.478
左1应力值/M Pa 0.41 0.38 0.38 0.38 0.45 0.40 0.40
左微孔1应力值/M Pa 0.40 0.44 0.53 0.45 0.52 0.46 0.45
图4.9 股骨头应力分布示意图
中心线 应力值/M Pa 0.399 0.388 0.40 0.39 0.42 0.39 0.39
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第四章 人工髋关节的结构力学分析
通过表4-1可知：c、d、e三种方案中微孔处的应力值较大。相反的，c、d、e三种方案各排微孔中间部分的应力值与a方案相比则稍有减小。
结论：七种方案中，在股骨处、金属柄1处、金属柄2处、金属柄3处和 股骨头处产生的效果情况从最好依次排列如下。 （1）股骨 内侧：c > e > g> b > f > d > a 股骨 外侧：c > e > g> b > f > d > a （2）金属柄1处：c≈b≈g > f > e > d >a 金属柄2处：c > e > g> b > f > d > a 金属柄3处：c > g≈b≈e≈f≈d > a （3）股 骨 头处：e > c≈d > g≈b≈f > a
a c d
e f g
图4.10 各结构股骨头应力分布示意图
4.6 机理分析
基于仿真结果，本文提出，人工股骨头下端加工了微形态后，整体刚度有所降低，在同等载荷条件作用下，股骨头下端局部产生较大形变，吸收外界载荷做功，由此在一
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定程度上良性调控了远端埋入人体股骨的柄部的应力分布状态，从而改善了应力遮挡，减小了植入部分变形松动的可能性，从而有利于人工植入体使用寿命的延长。
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