Nghiên cứu thiết kế biên dạng ren của đinh vít định vị dùng trong chỉnh hình cột sống và cố định cho tứ chi và mô phỏng áp lực tương tác giữa các biên dạng ren với xương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA _ HUỲNH HỮU NGHỊ NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ BIÊN DẠNG REN CỦA ĐINH VÍT ĐỊNH VỊ DÙNG TRONG CHỈNH HÌNH CỘT SỐNG VÀ CỐ ĐỊNH CHO TỨ CHI VÀ MÔ PHỎNG ÁP LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC BIÊN DẠNG REN VỚI XƯƠNG Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SỸ TP.HỒ CHÍ MINH - THÁNG 06 NĂM 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS LẾ HOÀI QUỐC (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH HỮU NGHỊ MSHV: 09040370 Ngày, tháng, năm sinh: 29/07/1979 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu – Thiết kế biên dạng ren đinh vít định vị dùng chỉnh hình cột sống cố định tứ chi mô áp lực tương tác biên dạng ren với xương II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1/Tìm hiểu thực trạng nhu cầu sản phẩm công nghệ BME giới Việt Nam 2/ Khảo sát biên dạng ren thị trường patent 3/ Mô áp lực biên dạng ren xương 4/ Nhận xét, đánh giá kết 5/ Đề xuất, thiết kế biên dạng ren III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2010 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2010 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC Tp HCM, ngày 04 tháng 07 năm 2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn PGS.TS LÊ HỒI QUỐC tận tình hướng dẫn, giúp tơi hồn thành đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BIÊN DẠNG REN CỦA ĐINH VÍT ĐỊNH VỊ DÙNG TRONG CHỈNH HÌNH CỘT SỐNG VÀ CỐ ĐỊNH CHO TỨ CHI VÀ MÔ PHỎNG ÁP LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC BIÊN DẠNG REN VỚI XƯƠNG” Kết đề tài sản phẩm ứng dụng có ý nghĩa mặt nghiên cứu khoa học, đem vào ứng dụng thực tiễn Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS.BS VÕ VĂN THÀNH, nguyên Trưởng khoa cột sống A, Chuyên viên tư vấn Ban Giám đốc Bệnh viện Chấn thương chỉnh hình tận tình giúp đỡ kiến thức quý báu lĩnh vực y học, phẫu thuật điều trị Các kiến thức góp phần quan trọng để giúp tối hồn thành đề tài Tôi xin cảm ơn Quý Thầy cô Khoa Cơ Khí giảng dạy tơi suốt thời gian học tập công tác trường Cảm ơn Quý Thầy cô Bộ môn Chế tạo máy, Anh/Em đồng nghiệp động viên, giúp đỡ trình thực đề tài Những kiến thức lời động viên nhận từ Quý Thầy Cô nguồn động lực to lớn giúp thêm phần tự tin để hoàn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học ĐHBK-TP.HCM, bạn tận tình giúp đỡ tơi thời gian học tập Xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, vợ trai tơi cổ vũ động viên tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Một lần tơi xin trân trọng ghi nhận công lao người giúp tơi hồn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 07 năm 2011 Huỳnh Hữu Nghị GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC   MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI I Giới thiệu kỹ thuật Cơ – Y sinh II Tính cấp thiết đề tài III Đối tượng nghiên cứu đề tài IV Mục tiêu đề tài V Nội dung nhiệm vụ nghiên cứu VI Bố cục chương trình bày luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 11 I Xương cột sống 11 II Chân cung cột sống 17 III Trình tự chèn ốc chân cung vào cột sống 23 IV Cơ tính xương 26 V Yêu cầu tính vật liệu cấy ghép 27 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH TÍNH TỐN 43 I Lựa chọn kích thước vít 43 II Phân tích, lựa chọn biên dạng ren 44 III Mơ hình tính toán áp lực mặt ren 54 IV Mơ hình tính tốn lực kéo 61 V Các phương trình tính tốn áp lực mặt ren 71 CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HỐ CÁC BIÊN DẠNG REN 76 I Giới thiệu phần mềm CATIA 76 II Mơ hình hố biên dạng ren phần mềm CATIA 93 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ABAQUS MÔ PHỎNG ÁP LỰC GIỮA CÁC BIÊN DẠNG REN VÀ XƯƠNG 108 I Giới thiệu phần mềm ABAQUS 108 II Mô áp lực tương tác ren xương 129 III Mô lực kéo (pullout streght) 151 CHƯƠNG 6: ĐỀ XUẤT BIÊN DẠNG REN 160 I Phân tích lựa chọn biên dạng 160 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC   II Thiết kế biên dạng ren đề xuất 169 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 170 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: PGS.TS LÊ HỒI QUỐC   DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH TRONG LUẬN VĂN STT HÌNH NỘI DUNG 1.1 Các nẹp đinh ốc định vị Titanium dùng phẫu thuật gãy xương đùi 1.2 Các loại đinh vít phẫu thuật chỉnh hình 1.3 Ốc chân cung đơn trục đa trục 1.4 Đinh nội tuỷ có chốt 1.5 Bất động A.O 2.1 Cấu trúc cột sống 2.2 Đốt C1 nhìn 2.3 Đốt C2 nhìn sau 2.4 Đốt C4 nhìn 10 2.5 Đốt T6 nhìn 11 2.6 Đốt T6 nhìn bên 12 2.7 Đốt L2 nhìn bên 13 2.8 Các đốt sống thắt lưng 14 2.9 Xương cụt nhìn trước bên 15 2.10 Khoảng cách đứng dọc chân cung (VIPD) 16 2.11 Biểu đồ thể VIPD tăng dần từ ngực xuống thắt lưng 17 2.12 Khoảng cách ngang chân cung (TIPD) 18 2.13 Biểu đồ minh hoạ TIPD chân cung 19 2.14 Chiều cao chân cung (PH) 20 2.15 Biểu đồ thể chiều cao chân cung lớn T12 21 2.16 Biểu đồ thể chiều rộng chân cung (PW) 22 2.17 Góc dọc chân cung (SPA) 23 2.18 Biểu đồ thể xuống thấp SPA nhỏ 24 2.19 Góc ngang chân cung (TPA) 25 2.20 Biểu đồ thể góc ngang chân cung (TPA) 26 2.21 Biểu đồ thể diện tích chân cung (PA) 27 2.22 Mổ phần mô bao bọc cột sống 28 2.23 Định vị trí chèn ốc 29 2.24 Khoan đường cho ốc 30 2.25 Thiết lập độ sâu ốc dụng cụ đo độ sâu 31 2.26 Chèn ốc 32 2.27 Sắp thẳng hàng ốc 33 2.28 Nén chỉnh nối 34 2.29 Cố định nối 35 2.30 Chỉnh nối để làm căng L4 36 2.31 Cố định L5 37 2.32 Chỉnh nối ốc để cố định cột sống 38 2.33 Chỉnh nối ốc để cố định cột sống LUẬN VĂN THẠC SỸ TRANG 7 8 11 12 13 13 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 20 20 21 22 23 23 23 23 24 24 24 24 24 25 25 25 GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC   39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 2.34 2.35 2.36 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 Chỉnh nối ốc để cố định cột sống Chỉnh nối ốc để cố định cột sống Chỉnh nối ốc để cố định cột sống Biên dạng MS1 Biên dạng MS1.1 Biên dạng MS2 Biên dạng MS2.1 Biên dạng MS3 Biên dạng MS3.1 Biên dạng MS4 Biên dạng MS4.1 Cấy vít vào xương với đường kính chân ren khơng đổi Các lực tác dụng lên mặt ren Cấy vít vào xương với đường kính chân ren thay đổi Các lực tác dụng lên mặt ren Mơ hình tính tốn cho biên dạng MS1 Mơ hình cấy vít vào xương Các thơng số cấy vít vào xương Khai triển đường ren Mơ hình tính cho biên dạng MS1.1 Áp lực mặt ren Mơ hình tính lực kéo Áp lực phân phối bề mặt ren vịng phía Biểu đồ biễu diễn mối quan hệ hệ số d/P θ Phân bố tải ốc chịu kéo Giao diện phần mềm Catia Mơi trường Sketcher Mơi trường làm việc Sketcher Các ràng buộc Sketcher Đăng nhập vào mơi trường part Tính tạo pad Tính tạo Drafted Filleted Pad Tính tạo Multi – Pad Chức Pocket Chức Drafted Filleted Pocket Chức Multi-Pocket Xác định yếu tố cần thiết cho lệnh Shaft Cách thực lệnh Shaft Cách thực lệnh Rib Thực lệnh Slot Đăng nhập module part Profile cần tạo LUẬN VĂN THẠC SỸ 25 25 26 48 48 49 49 50 50 51 51 52 53 56 57 59 60 60 61 62 64 65 66 69 70 72 72 77 80 81 83 85 87 87 87 89 89 89 90 90 91 93 93 94 GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC   83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 4.30 4.31 4.32 4.33 4.34 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.19 5.20 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 Kết thực lệnh Shaft Profile đầu ốc Thực lệnh Shaft Kích hoạt Generactive Shape Design Module Shape Tạo điểm làm gốc Lệnh Helix Tiết diện ren Lệnh Slot Mơ hình biên dạng ren MS1 Lệnh Helix cho biên dạng ren thay đổi Mơ hình ốc chân cung biên dạng MS1.1 Mơ hình biên dạng ren MS2 Mơ hình ốc biên dạng ren MS2.1 Mơ hình biên dạng ren MS3 Mơ hình biên dạng ren MS3.1 Mơ hình biên dạng ren MS4 Mơ hình biên dạng ren MS4.1 Cách lấy tên Host – Name Chọn đường dẫn đến file crack Config services Điền tên license server Giao diện Abaqus Gán thuộc tính vật liệu Edit Step Tạo Step Chọn thơng số mô Tạo file xuất kết Tạo ngàm Gán ngàm Kết tạo ngàm Tạo lực Chọn cách đặt lực Các hình dạng lưới Tạo Mesh Xác định khoản cách nút Hộp thoại element type Field output File report Tạo Part Chọn file cần mở Create Part Kết tạo part Gán thuộc tính vật liệu Gán vật liệu cho vít LUẬN VĂN THẠC SỸ 95 96 97 100 101 101 102 102 103 103 104 104 105 105 106 106 107 109 109 110 110 112 115 118 118 120 121 122 123 123 124 124 125 126 126 127 127 128 129 129 130 130 131 133 GVHD: PGS.TS LÊ HOÀI QUỐC   127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 5.28 5.29 5.30 5.31 5.32 5.33 5.34 5.35 5.36 5.37 5.38 5.39 5.40 5.41 5.42 5.43 5.44 5.45 5.46 5.47 5.48 5.49 5.50 5.51 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 Kết gán vật liệu Chọn khoản cách nút Hộp thoại Mesh Controls Kết tạo Mesh Tạo Assembly Create step Kết sau gán lực ngàm Thông số mô Áp lực mặt ren xương biên dạng MS1 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS1.1 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS2 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS2.1 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS3 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS3.1 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS4 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS4.1 Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 210N Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 226N Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 280N Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 340N Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 400N Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 500N Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 550N Xương bị phá huỷ tác dụng lực kéo 590N Áp lực ren xương biên dạng MS5 Áp lực ren xương biên dạng MS5.1 Áp lực ren xương biên dạng MS6 Áp lực ren xương biên dạng MS6.1 Xương bị phá huỷ với lực kéo 310N Xương bị phá huỷ với lực kéo 350N Xương bị phá huỷ với lực kéo 420N Xương bị phá huỷ với lực kéo 560N Biên dạng ren MS5.1   LUẬN VĂN THẠC SỸ 133 134 135 135 136 136 138 141 142 143 144 145 146 147 148 149 151 152 153 154 155 156 157 158 163 163 164 164 165 166 166 167 169 ... thành đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BIÊN DẠNG REN CỦA ĐINH VÍT ĐỊNH VỊ DÙNG TRONG CHỈNH HÌNH CỘT SỐNG VÀ CỐ ĐỊNH CHO TỨ CHI VÀ MÔ PHỎNG ÁP LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC BIÊN DẠNG REN VỚI XƯƠNG” Kết đề tài... dạng MS1.1 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS2 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS2.1 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS3 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS3.1 Áp lực mặt ren xương biên dạng MS4 Áp. .. tạo máy I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu – Thiết kế biên dạng ren đinh vít định vị dùng chỉnh hình cột sống cố định tứ chi mô áp lực tương tác biên dạng ren với xương II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1/Tìm hiểu