《表1 模型的材料属性:腰椎单/双节段骨水泥强化椎弓根螺钉固定对邻近节段影响的有限元分析》

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《腰椎单/双节段骨水泥强化椎弓根螺钉固定对邻近节段影响的有限元分析》


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将Solidworks中生成的网格模型导入ANSYS Workbench 17.0软件中,参考文献[15~17],分别设置皮质骨(骨质疏松)、松质骨(骨质疏松)、关节软骨、终板、纤维环、髓核、骨水泥、融合器和内固定的材料属性(表1),韧带使用只受拉力不受压力的弹簧单元模拟[18]。在Connection中定义模型间的接触类型,其中关节突关节接触类型为滑动摩擦模式(Frictional),摩擦系数0.2;其余接触类型均设置为绑定模式(Bone)[19]。对模型进行网格划分,为了保证计算精度达到分析的要求,对网格的类型和网格大小进行控制,其中网格类型设置为六面体网格,关节软骨网格大小为0.5mm,其他设置为2.0mm。最后,设置内固定模型的边界条件和载荷[17、20]:约束骶骨两侧骶髂关节面的各向活动,于L3椎体上表面施加均匀分布的400N面载荷,压力方向垂直向下;同时在L3椎体上表面于不同方向施加7.5N·m力矩,模拟正常人体前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转6种运动状态。分别比较两组模型中相邻节段椎间盘/小关节Von Mises应力极值和相邻节段活动度(ROM)的差异,其中相邻节段小关节Von Mises应力极值取上位椎体的下关节突部分的应力(单节段固定组中,为L4双侧下关节突表面的应力;双节段固定组中,为L3双侧下关节突表面的应力)。