Deformačně napěťová analýza prasečího femuru

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá analýzou deformačně napěťových stavů stehenní kosti prasete ve stavu fyziologickém a patologickém. Stav patologický je určen výrazným defektem v diafyzální části kosti se zafixováním pomocí přímé úhlově stabilní dlahy s vruty. V práci je popsána tvorba výpočtových modelů, se zvláštním zaměřením na modely materiálu kostních tkání, které jsou stanoveny na základě analýzy digitálních snímků z počítačového tomografu (CT). Jsou zde vytvořeny a analyzovány tři typy výpočtových modelů: první model odpovídá fyziologickému stavu femuru, druhý femuru s výrazným defektem a fixační dlahou a třetí femuru s výrazným defektem, fixační dlahou a drátem. Každý model je zatěžován třemi způsoby, z nichž první simuluje experimentální podmínky tlakové zkoušky femuru, druhý namáhání kosti v sagitální rovině a třetí namáhání vlivem zatížení určeného zkušebním uvolněním pánevní končetiny prasete. Deformačně napěťové stavy jsou stanoveny pomocí metody konečných prvků s využitím výpočtového systému Ansys. Získané výsledky napjatosti a deformace jsou porovnány s experimentálním měřením. Práce poskytuje základní představu o mechanickém chování prasečího femuru a prasečího femuru s výrazným kostním defektem.

This master’s thesis deals with the strain-stress analyses of the pig femoral bone in physiological and pathological condition. Pathological condition is determined by a significant defect in diaphysis of the bone fixed by using direct angular stable locking plate with screws. The thesis describes the creation of computational models with special focus on bone tissues models of material, which are based on analysis of digital images from computed tomography (CT). There are created and analyzed three types of computational models: the first one corresponds to physiological condition of femur, the second one to femur with significant defect and fixation plate and the third one to femur with significant defect, fixation plate and rod. Every model is loaded in three ways: the first of them simulating the experimental conditions of pressure testing of the femur, the second one bone stress in the sagittal plane and the third one stress by using load determined from probational release of the pig hind limb. Strain-stress states are determined by finite element method using Ansys computational system. Gained results of stress and strain are compared with experimental measurements. The thesis presents a basic idea of the mechanical behavior of porcine femur and porcine femur with significant bone defect.