人工髋关节的接触力学性能仿真分析

发布时间：2022-01-24 15:05

　　为探究不同材料和结构参数对人工髋关节接触力学性能的影响,采用有限元法建立球基共型人工髋关节有限元模型。通过在股骨头中心施加竖直向上的载荷,分析髋臼杯在不同材料组合和不同结构参数下的接触力学性能。结果表明:随着材料弹性模量增大,配副之间的接触压力增大,接触面积相应减小,同一结构参数下不同材料配副接触压力的变化趋势基本一致;结构参数中股骨头与臼杯之间的间隙和股骨头直径对接触压力影响较大,臼杯倾角超过60°则会产生边缘接触现象。研究结果可为人工髋关节的设计和安装提供参考。 

【文章来源】：西安工程大学学报. 2020,34(02)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

人工髋关节结构模型

图2为不同材料配副的人工髋臼杯的接触压力分布状况。可以看出,在3种人工髋关节材料配副中,最大接触压力从小到大依次是:MOM、MOC、COC。而接触面积与接触压力成反比关系,从小到大依次是:COC、MOC、MOM,其中MOC与COC接触面积较接近。图中MOC型和MOM型接触压力峰值相对较小,且相差不大,COC型峰值相对较大。相比MOM型,MOC型接触压力峰值增加了11.63%,COC型增加了43.24%。随着材料弹性模量增大,人工髋关节配副的接触压力随之增大,与此同时接触面积会相应减小。因此,在这3种材料配副中,选择MOM和MOC型有利于改善材料配副对人工髋关节接触性能的影响。图3给出了不同材料配副在不同背衬厚度、股骨头直径、间隙、髋臼倾角4种影响因素下最大接触压力的变化曲线。

对于髋臼倾角导致接触压力先减后增的现象,图4以MOM型为代表进一步研究,从左到右倾角依次为30°、45°、60°、75°、80°。可以看出,随着倾角不断增大,接触范围逐渐移向髋臼边缘,当倾角达到60°时出现边缘接触。随着倾角继续增大,接触范围越来越小,当倾角为80°时接触范围几乎消失,可能是边缘接触导致倾角超过60°时接触压力增加。因此,选择合适的髋臼杯倾角可以有效减小接触压力和边缘接触。3 结 论


本文编号：3606794