8.3.2 有限元分析

8.3.2 有限元分析

根据解剖学的关节面位置确定约束面和受力面。将跟骨结节后下缘固定于一圆形底盘，限制底盘六个方向自由度。沿距下关节面向下施加700N的外力，模拟70kg体重成人单足站立时跟骨所受的生理荷载，如图8-13所示。对完整跟骨模型和各种不同固定后的跟骨骨折模型进行施加相同的边界条件和加载条件，在有限元分析软件ABAQUS中进行分析计算。

8.3.2.1 跟骨及骨折模型的应力分布

由计算结果的应力云图可以看到，应力集中区主要分布在跟骨结节后下缘与底座连接等处，最大米塞斯应力为10.19MPa；中立三角为低应力区。应力分布与跟骨的生理受力基本一致，考虑建模误差和有限元计算误差，结果非常理想。应力云图表明锁定钢板固定跟骨骨折时，高应力区集中螺钉与骨折端相接触的部位以及螺钉和钢板连接处，见图8-14。钢板固定时整体应力高于交叉螺钉，最大主应力为115.83MPa，位于载距突螺钉与骨折端相接触处。固定跟骰关节和跟骨结节螺钉的最大应力均为109MPa。跟骨皮质骨和松质骨的最大应力分别为101.6MPa和27.4MPa。

应力云图表明，交叉螺钉固定跟骨时，高应力区集中于螺钉与骨折端接触的位置，但金属螺钉的高应力区相对集中，见图8-14。螺钉所承受的最大应力受材料属性和固定位置的影响较大。金属螺钉的最大应力高于可吸收螺钉。两种模型中，螺钉应力的分布规律基本一致，不同螺钉的最大应力详见表8-2。金属螺钉固定时跟骨皮质骨和松质骨的最大应力分别为55.55MPa和14.63MPa，而可吸收螺钉固定时则分别为55.24MPa和16.24MPa。

8.3.2.2 完整及骨折模型的位移和骨折间隙变化

完整及跟骨骨折的模型位移主要集中于距下关节，越靠近跟骰关节位移越大，如图8-15。不同模型的位移存在差异，完整跟骨的最大位移为1.09mm，钢板固定时跟骨的最大位移为1.31mm，金属螺钉和可吸收螺钉固定的最大位移分别为1.38mm和1.58mm，见表8-3。骨折间隙变化是指骨折端在外力作用下发生的相对位移，可根据骨折端不同坐标点的平均位移进行计算。钢板固定的骨折间隙位移与金属螺钉固定类似，但高于可吸收螺钉。钢板固定时载距突的位移较金属螺钉固定更为明显，见图8-16；这可能与单枚螺钉固定有关。