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当人体髋关节活动明显受限时，医生通常采用人工髋关节对患者髋关节进行置换。只有置换适合个体的人工髋关节，才能帮助患者减缓病情，恢复髋关节的基本功能。为了设计出最佳的人工髋关节产品，本文采用建立优化数学模型的方式，获得人工髋关节的设计参数。首先，参考人工髋关节的生物力学特性，重点考虑股骨头与髋臼之间的应力分布情况，将人工髋关节实际产品简化，建立有限元分析模型。再结合人工髋关节的力学模型对人工髋关节有限元模型施加载荷，利用ANSYS软件进行静力分析，获得人工髋关节的最大等效应力分布在髋臼假体内侧边缘，其最大值为40.603MPa。然后，对人工髋关节有限元分析模型进行约束模态求解，结果表明髋臼假体内侧外缘比较薄弱，设计时需考虑增加髋臼假体厚度，或选择合适的假体材料增加其耐磨性。其次，分析人工髋关节各几何尺寸之间的相互关系和人工髋关节置换术中安放位置要求，将人工髋关节有限元模型的静力分析过程，重新以参数化建模的方式求解，利用参数化设计语言APDL建立.log文件。选取髋臼假体展角、前倾角、股骨颈干角的补角、股骨颈长度、股骨头半径、股骨头与髋臼内衬之间的距离、髋臼假体厚度等几何尺寸为设计变量；人工髋关节置换后的屈曲、伸展、外旋、内旋、外展和内收角度，以及股骨颈偏置距设置为状态变量；以降低综合应力为目标建立优化数学模型；再调用ANSYS中的优化器中一阶方法迭代求解，获得人工髋关节的最佳设计的参数。最后，基于赫兹弹性理论结合ANSYS中设计变量和状态变量，建立MATLAB中优化数学模型，选用MATLAB优化工具箱中的FMINCON优化方法进行迭代求解。并将求解结果与ANSYS中优化结果进行比较，最终确定人工髋关节的最佳设计参数为髋臼假体展角度为50°；髋臼假体前倾角度为8°；股骨颈干角为58°；股骨颈长度为31mm；股骨头半径为15mm；股骨头与髋臼内衬之间的距离为0.1mm；髋臼假体厚度10mm；求得综合应力为22.676MPa，相对原人工髋关节模型所求得的值降低约40%。