张力可测可调式皮肤牵张吻合器的三维有限元分析

摘要

目的 构建人体小腿皮肤伤口的三维有限元模型,运用有限元分析的方法,模拟张力可测可调式皮肤牵张吻合器在竖杆高度变化及伤口间隙宽度变化时的受力情况,为完善器械结构参数及后续研发提供理论指导。方法 使用Solidworks 2017、ANSYS 17.0等软件先后建立不同竖杆高度及不同伤口间隙宽度的皮肤牵张复合有限元模型,施加极限生理负荷(施加3 kg的力,约29.4 N),并通过有限元分析弯针、针架、竖杆及弹簧的最大应力值及分布情况。结果 (1)在竖杆高度为4、6、8、10、12、14 mm时,弯针、针架、竖杆及弹簧所受最大应力值均未超过屈服应力,结构稳定。将竖杆高度参数设置为10 mm。(2)在伤口间隙宽度由6 cm逐渐闭合至0 cm过程中,各元件所受最大应力值均未超过屈服应力,且在闭合过程中应力分布相对均匀,主要集中在弯针与针架交界处,且焦点区域的应力集中仍明显低于屈服应力,因此弯针及针架不会因应力集中而断裂。结论 张力可测可调式皮肤牵张吻合器在生理负荷下能够提供足够的强度和刚度,从而确保可靠的安全性和生物力学稳定性,满足临床需要。

关键词

三维有限元分析 / 皮肤牵张器 / 创面闭合 / 应力