دانلود ترجمه مقاله آنالیز مکانیک استاتیک و پویا بر روی مفاصل ران مصنوعی – الزویر 2007

آنالیز مکانیک استاتیک و پویا بر روی مفاصل ران مصنوعی با طرح های مختلف رابط با متد المان محدود

Static and Dynamic Mechanics Analysis on Artificial Hip Joints with Different Interface Designs by the Finite Element Method

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

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.

6. نتیجه گیری

ساختار یک مفصل مصنوعی ران متفاوت از مفصل ران طبیعی است که در آن یک لایه غضروف، سر استخوان ران را پوشش می دهد. این ممکن است به طور قابل توجهی روی خصوصیات مکانیکی مفصل تاثیر بگذارد. در این مقاله، چهار مدل مفصل مصنوعی، دو تا با یک لایه مصنوعی غضروف پوشش دهنده سر استخوان ران، که بیشتر شبیه به مفصل طبیعی انسانی است، و دو تا بدون لایه غضروف مصنوعی پیشنهاد شده است. ویژگی های مکانیکی ایستا و دینامیک مدل با مواد مختلف پروتز FEA مورد بررسی قرار گرفت. این ویژگی ها شامل اوج تغییر شکل، استرس و فشار، و توزیع تنش می شوند. اثر جام فلزی تثبیت کننده استابولوم UHMWPE نیز مورد بررسی قرار گرفت. لایه غضروف می تواند بار را پخش کند و استرس اوج و تغییر شکل را کاهش دهد. ویژگی های مکانیکی مدل با لایه غضروف مصنوعی و یک فنجان Ti6A14V، در بین این چهار مدل، بهترین می باشد. این مدل اطلاعات مفید برای ارزیابی و طراحی مجدد مفصل مصنوعی ران را فراهم کند.

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.

6 Conclusion

The structure of an artificial hip joint is different from that of natural hip joint in which a cartilage layer covers the femoral head. This may significantly affect the mechanical characteristics of the joint. In this paper, four artificial joint models were proposed, two with an artificial cartilage layer covering the femur head, which is more similar to nature human joint, and two without the artificial cartilage layer. The static and dynamic mechanical properties of the models with different prosthetic materials were investigated by FEA. These properties include peak deformation, stress and strain, and the stress distribution. The effect of the metallic cup fixing the UHMWPE acetabulum was also investigated. The cartilage layer can spread the load and reduce the peak stress and deformation. The mechanical properties of the model with artificial cartilage layer and a Ti6A14V cup are the best of the four models. This may provide useful information for the evaluation and redesign of an artificial hip joint.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آنالیز مکانیک استاتیک و پویا بر روی مفاصل ران مصنوعی با طرح های مختلف رابط با متد المان محدود

Static and Dynamic Mechanics Analysis on Artificial Hip Joints with Different Interface Designs by the Finite Element Method