在静态负荷下对部植入物的磨损特征进行数值调查
Jaber E Abu Qudeiri1, Asarudheen Abdudeen1, Mini Rema Sahadevan2
1Mechanical and Aerospace Engineering Department, College of Engineering, United Arab Emirates University, Al Ain, 15551, United Arab Emirates.
Heliyon
|February 26, 2024
概括
部植入物的有限元分析表明,设计和表面修改可以减少磨损. 表面修改降低了高达10%的磨损率,而设计更改提供了3%的减少.
科学领域:
- 生物材料工程 生物材料工程
- 骨科生物力学 骨科生物力学
- 计算力学 计算力学 计算力学
背景情况:
- 关节整形术对于关节置换至关重要,但植入物磨损仍然是影响寿命的重大挑战.
- 实验性磨损检测部植入物是耗时和昂贵的,需要使用替代模拟方法.
- 了解磨损机制对于改善人工关节的耐用性至关重要.
研究的目的:
- 为了研究部植入物修改的股骨头设计的磨损特征.
- 评估表面修改 (穴) 和设计修改 (槽,额外层) 在减少磨损方面的有效性.
- 利用有限元分析作为实验性磨损测试的成本效益较高的替代方案.
主要方法:
- 开发了一个Ti6Al4V大腿骨头的有限元模型,带有UHMWPE内.
- 在静态负载条件下模拟磨损,使用ANSYS来确定接触压力和滑动距离.
- 应用了修改后的阿查德磨损方程来计算年度磨损量,并将结果与文献进行比较.
主要成果:
- 用方形或圆形小穴修改表面,可将磨损率降低高达10%.
- 设计修改,包括槽和额外的内,减少了大约3%的磨损率.
- 有限元分析提供了一种可行的方法,用于预测修改后的部植入物设计中的磨损.
结论:
- 表面和设计修改都显示出减少部植入物磨损的潜力.
- 与测试的设计修改相比,表面修改策略在减轻磨损方面似乎更有效.
- 计算建模为优化部植入物设计提供了一种有价值的方法,以提高寿命并减少磨损碎片.
