مقاله رفتار استاتیک، پویا و خستگی اشکال ساقه به تازگی طراحی شده برای پروتز مفصل ران با استفاده از تجزیه و تحلیل المان محدود (2007 الزویر)

1. مقدمه

2. CAD و مدل المان محدود

2.1. مدل CAD

2.2. مدل المان محدود

2.3. مدل های ماده

2.4. شرایط بارگذاری

3. تجزیه و تحلیل المان محدود و نتایج

4. تجزیه و تحلیل خستگی

5. نتایج تجزیه و تحلیل خستگی

6. نتیجه گیری

Forces applied to the implant due to human activity generate dynamic stresses varying in time and resulting in the fatigue failure of implant material. Therefore, it is important to ensure the hip prostheses against static, dynamic and fatigue failure. Finite element method has been used in orthopedic biomechanics as an important tool in the design and analysis of total joint replacements and other orthopedic devices. In this study, four stem shapes of varying curvatures for hip prosthesis were modeled. Static, dynamic and fatigue behavior of these designed stem shapes were analyzed using commercial finite element analysis code ANSYS. Static analyses were conducted under body load. Dynamic analyses were performed under walking load. Pro/Engineer was used for CAD modeling of the stem shapes. Fatigue behavior of stem shapes was predicted using ANSYS Workbench software. Performance of the stem shapes was investigated for Ti–6Al– 4V and cobalt–chromium metal materials and compared with that of a commonly used stem shape developed by Charnley. Published by Elsevier Ltd.

نیروهای اعمال شده برای ایمپلنت ناشی از فعالیت انسانی، تنش های پویای مختلف را در زمان تولید می کند و به خستگی مواد ایمپلنت منجر می شود. بنابراین، اطمینان حاصل نمودن از پروتزهای مفصل ران در برابر خرابی استاتیک، پویا و خستگی مهم است. روش المان محدود در بیومکانیک ارتوپدی به عنوان یک ابزار مهم در طراحی و تجزیه و تحلیل تعویض های کلی مفصل و سایر دستگاه های ارتوپدی استفاده می شود. در این مطالعه، چهار شکل ساقه با انحناهای مختلف برای پروتز مفصل ران مدلسازی شده اند. رفتار استاتیک، پویا و خستگی از این اشکال ساقه طراحی شده با استفاده از برنامه تجزیه و تحلیل تجاری المان محدود ANSYS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. تجزیه و تحلیل استاتیک تحت بار بدن انجام شد. تجزیه و تحلیل های دینامیکی تحت بار رونده انجام شد. Pro/Engineer برای مدل سازی CAD اشکال ساقه مورد استفاده قرار گرفت. رفتار خستگی از اشکال ساقه با استفاده از نرم افزار ANSYS WORKBENCH پیش بینی شده بود. عملکرد اشکال ساقه برای Ti–6Al–4V و مواد فلزی کبالت-کروم بررسی شده است و با شکل ساقه معمولاً استفاده شده توسعه یافته توسط Charnley مقایسه شده است.