Details

Тема выпускной квалификационной работы: «Расчет прочности пластины для накостного остеосинтеза». Целью работы является оценка прочности двухрядной титановой пластины для накостного остеосинтеза при поперечном переломе диафиза бедренной кости с использованием метода конечных элементов. Для достижения цели решались следующие задачи: • геометрическое моделирование перелома бедренной кости и сборки системы «кость-пластина-винты»; • создание конечно-элементной модели и проведение расчетов при различных сценариях нагружения (стояние, ходьба, подъем и спуск по лестнице, приседание и вставание со стула); • анализ распределения напряжений и определение коэффициента запаса прочности конструкции. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения надежности фиксации переломов бедренной кости, одной из наиболее нагружаемых структур опорно-двигательного аппарата. Методология исследования основана на компьютерном моделировании в программных комплексах ANSYS SpaceClaim и SIMULIA Abaqus. Использованы данные телеметрических измерений нагрузок на бедренную кость при различных видах активности из программы HIP98. По результатам расчетов было определено, что при полных нагружениях максимальные эквивалентные напряжения в пластине превышают предел текучести титанового сплава, создавая риск разрушения конструкции. Поэтому для безопасной эксплуатации в реабилитационный период необходимо масштабирование нагрузок, что обеспечивает минимально допустимый запас прочности по пластическим напряжениям (1,04-1,73). Анализ выявил критическую зону концентрации напряжений - отверстия для винтов в средней части пластины. Выводы: 1. Конструкция пластины не выдерживает полные эксплуатационные нагрузки без риска разрушения. 2. Критическими режимами являются приседание и вставание со стула. 3. Для обеспечения безопасной эксплуатации необходимо временное ограничение нагрузки на конечность.

The subject of the graduate qualification work is "Strength calculation of a plate for plate osteosynthesis". The aim of the work is to evaluate the strength of a double-row titanium plate for plate osteosynthesis in a transverse fracture of the femoral diaphysis using the finite element method. The following tasks were solved: • geometric modeling of the femoral fracture and the "bone-plate-screws" assembly; • creation of a finite element model and calculations under various loading scenarios (standing, walking, ascending and descending stairs, sitting down and standing up); • analysis of stress distribution and determination of the safety factor. The relevance of the study is due to the need to improve the reliability of fixation for femoral fractures, one of the most loaded structures of the musculoskeletal system. The research methodology is based on computer modeling in ANSYS SpaceClaim and SIMULIA Abaqus. Data from telemetric measurements of loads on the femur during various activities from the HIP98 program were used. The computational results demonstrated that under full loading conditions, the maximum equivalent stresses in the plate exceed the yield strength of the titanium alloy, posing a risk of structural failure. To ensure safe operation during the rehabilitation period, load scaling is required to maintain the minimum allowable safety factor against plastic deformation (1.04-1.73). Conclusions: 1. The plate design cannot withstand full operational loads without the risk of failure. 2. The most critical loading scenarios are sitting down and standing up. 3. Temporary load restriction on the limb is necessary for safe use.