基于并行拓扑优化的假体股骨柄设计
朱大昌
吴龙飞
萧仲敏
黄鹏程
徐汉斌
广州大学 机械与电气工程学院,广州 510006
摘要：与股骨接触的假体柄是人工髋关节的主要部件,在全髋置换手术中起着重要作用.采用变密度固体各向同性材料惩罚(Solid Isotropic Material with Penalization,SIMP)拓扑优化方法和多尺度的并行拓扑优化方法,分别得到A型和B型两种股骨柄结构,并将股骨柄结构柔度变化幅度作为对比指标,比较了两种股骨柄对载荷方向变化的敏感度.利用有限元方法对A型股骨柄和B型股骨柄进行多工况下所对应股骨的应力分析.研究结果表明,在3 种工况下,A型股骨柄和B型股骨柄对股骨的平均应力分别为 14.80、22.55、16.94 MPa和 10.89、20.92、16.50 MPa.对B型股骨柄进行压力加载试验,试验结果表明,在内侧测点,试验的应变值与仿真值的平均误差为-1 682 με,平均相对误差为20.3%;在外侧测点,试验的应变值与仿真值的平均误差为1 281 με,平均相对误差为19.5%.该方法为股骨假体柄结构的可靠性设计提供了有效参考.
关键词：拓扑优化股骨柄结构有限元分析可靠性
分类号：TH789(仪器、仪表)TP291.9(自动化技术及设备)
论文发表日期：2024-10-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 1143-1151 )
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