تحلیل مکانیک استاتیک و دینامیک در مورد مفاصل ران مصنوعی با طرح های مختلف رابط
چکیده
چهار مدل مختلف ساختاری از مفاصل مصنوعی توسعه داده شد و روش المان محدود (FEM) برای بررسی ویژگی های مکانیکی آنها تحت شرایط ایستا و دینامیک به کار گرفته شد. مواد استفاده شده در محاسبه FEM، پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE)، فولاد ضد زنگ 316L، آلیاژ CoCrMo و آلیاژ Ti6A14V بودند. توزیع تنش، کرنش، و تغییر شکل الاستیک تحت شرایط ایستا و دینامیک به دست آمد. تجزیه و تحلیل و مقایسه نتایج محاسبات از مدل های مختلف انجام شد. نشان داده شده است که با همان پارامترها، مدل سر استخوان ران فلزی پوشش داده شده با یک لایه غضروف مصنوعی بیشتر شبیه به ساختار مفصل طبیعی انسان است و ویژگی های مکانیکی آن از تمام چهار مدل بهتر می باشد.
1. مقدمه
مفصل ران یکی از مهم ترین ساختارهای تحمل وزن و جاذب شوک ساختار در بدن انسان در طول پریدن، دویدن و راه رفتن است. به خوبی مشخص شده است که درک کامل توزیع تنش مفصلی برای هر دو برنامه ریزی قبل از عمل و توانبخشی پس از عمل بسیار مفید است. رفتار کوتاه مدت و بلند مدت یک جایگزین مفصل ران کلی وابسته به کسب توزیع تنش بهینه در ساخت استخوان ایمپلنت ⁽¹⁻⁴⁾ است. ساختار، شکل و ماده، سه عامل اصلی در طراحی پروتزها هستند. این تحقیق بر روی تجزیه و تحلیل ساختاری متمرکز شده است. مفصل ران مصنوعی در حال حاضر مورد استفاده قرار گرفته در درمانگاه و پژوهش در شکل 1 نشان داده شده است. سه بخش برای مفصل مصنوعی ران، سر استخوان ران فلزی، لایه UHMWPE و گاهی اوقات، جام فلزی پوشش دهنده لایه UHMWPE برای تثبیت بهتر در لگن ⁽⁵'⁶⁾ وجود دارد. مفصل طبیعی لگن انسان از دو لایه غضروف و synovia تشکیل شده است (در شکل 2 نشان داده شده است). تفاوت های ساختاری مهمی بین مفاصل طبیعی و مصنوعی وجود دارد که بر روی خصوصیات مکانیکی مفصل تاثیر می گذارند. ما مدل مفصل ران مصنوعی را با لایه ای از غضروف بین سر استخوان ران و استابولوم پیشنهاد نموده ایم. مدل های پیشنهادی بیشتر شبیه به مفصل ران طبیعی هستند نه مفصل مصنوعی فعلی. هدف از این مطالعه، تجزیه و تحلیل و مقایسه تفاوت ها بین مدل های ارائه شده و مفاصل ران پروتز نرمال از نظر توزیع تنش و توزیع تغییر شکل تحت حالات بارگذاری های مختلف، به صورت استاتیک و دینامیک است.
Abstract
Four different structural models of artificial joints were developed and the finite element method (EM) was employed to investigate their niechanical characteristics under static and dynamic conditions. The materials used in the FEM calculation were ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), 3 16L stainless steel, CoCrMo alloy and Ti6A14V alloy. The stress distribution, strain, and elastic deformation under static and dynamic conditions were obtained. Analysis and comparison of the calculation results of different models were conducted. It is shown that with the same parameters the model of a metallic femur head covered with an artificial cartilage layer is more similar to the structure of the natural human joint and its mechanical characteristics are the best of the four models.
1 Introduction
The hip joint is one of the most important weight-bearing and shock-absorbing structures in the human body during jumping, running and the gait cycle. It is well known that fully understanding the joint stress distribution is very useful for both pre-operati ve planning and post-operative rehabilitation. Thc short- and long-term behavior of a total hip joint replacement is dependent on obtaining the optimal stress distribution within the bone-implant construct"-41. The structure, shape and material are the three main factors in the design of the prostheses. This research is focused on the structural analysis. The currently used artificial hip joint in clinic and research is shown in Fig. 1. There are three parts to the artificial hip joint, the metallic femur head, the UHMWPE layer and, sometimes, the metallic cup covering the UHMWPE layer for better fixation on the pelvis'5s61. The natural human hip joint is composed of two cartilage layers and synovia (shown in Fig. 2). There are significant structural differences between natural and artificial joints, which intluence the mechanical characteristics of the joint. We have proposed bionic hip joint models with a layer of cartilage between the femoral head and the acetabulum. The proposed models are more similar to the natural hip joint than the current artificial joint. The aim of this study is to analyze and compare the differences between the proposed models and normal prosthetic hip joint in terms of stress distribution and deformation distribution under different loading states, both static and dynamic.
چکیده
1. مقدمه
2. مدل المان محدود
3. ویژگی های مواد
4. شرایط بارگذاری.
4.1. تجزیه و تحلیل استاتیک
4.2. تجزیه و تحلیل دینامیک
5. نتایج و بحث
5.1. نتایج استاتیک
5.2. نتایج دینامیک
6. نتیجه گیری
Abstract
1 Introduction
2 Finite element model
3 Material properties
4 Loading conditions head. In the analysis, the degree of freedom (DOF) of
4.1 Static analysis
4.2 Dynamic analysis
5 Results and discussion
5.1 Static results
5.2 Dynamic results
6 Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه