Aussagewert und Grenzen der Spannungsberechnung mit der Finiten-Element-Methode (FEM) bei orthopädischen Problemen*

Zusammenfassung

Die Spannungsberechnung im Femur mit und ohne Endoprothese ist z. Zt. praktisch nur mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) möglich. Um den Aussagewert und die Grenzen dieser Methode bei orthopädischen Problemen zu ermitteln, wurden ebene und räumliche Knochenmodelle mit der FEM berechnet und die Ergebnisse experimentell mit der Dehnungsmeßstreifen(DMS-)Technik überprüft. Es zeigte sich, daß die FEM für vergleichende Untersuchungen sehr gut geeignet ist; bei komplizierten Geometrien und nur ungenau bekannten Materialeigenschaften ist allerdings eine wenigstens punktweise Überprüfung der Rechenergebnisse fast immer notwendig.

Abstract

For a stress analysis of the femur, intact or with an implant, the Finite Element Method appears to be the only practicable one. In order to evaluate the limitation of this method and the relevance of its results for orthopaedic problems, bones were modelled for 2-dimensional and 3-dimensional analysis. Strain gauges were attached to the actual bones. Strains were calculated and measured experimentally. The results led to these conclusions: The Finite Element Method alone is an appropriate means for qualitative and comparative studies. Complicated geometry of bones and uncertainties about their mechanical properties make it mandatory that calculated values be corroborated by experimental measurements at least in certain points. This ought to be considered particularly if practical consequences are to be drawn from Finite Element calculations in orthopaedic surgery.