Аналіз напружено-деформованого стану двошарової головки ендопротезу кульшового суглобу людини

Abstract

Ендопротези кульшового суглобу являють собою шарнір, який використовується в медицині для заміни зношених або пошкоджених суглобів. Однак дотепер існує проблема забезпечення їх довготривалої експлуатації, яка залежить від зносостійкості несучих поверхонь шарнірного з’єднання. Все це потребує вдосконалення конструкцій суглобів для кращого використання можливостей застосовуваних матеріалів, а вибір конструктивних параметрів має здійснюватися з аналізу напружено-деформованого стану конструкції. Для вирішення даної задачі ідеально підходить комп’ютерне моделювання методом скінчених елементів. У даній роботі представлено результати аналізу напружено-деформованого стану двошарової головки у рухомому з’єднанні ендопротезу кульшового суглобу. Технологія виготовлення кульшової головки ендопротезу не менш як із двох шарів передбачає поєднання зовнішньої зносостійкої сапфірової або керамічної оболонки відносно малої товщини з пластичною серцевиною з металу. Методом скінчених елементів розрахований напружено-деформований стан двошарової головки кульшового суглобу з урахуванням особливостей матеріалів ендопротезу та фізіології людини. Визначені параметри, які найбільше впливають на навантажувальну здатність конструкції ендопротезу кульшового суглобу.The modern medicine uses hip joint implants for replacing worn or damaged real joints. However, there is still the problem of the life of the implants, which depends on the durability of swivel bearing surfaces. This requires improving the design of the joints for better utilization of material properties. The design parameters should be chosen based on structural analysis of the joint. Finite element analysis is the best method to do this.This paper presents structural analysis of two-layer head in movable hip joint. Manufacturing techniques of two-layer endoprosthesis hip heads provides a combination of outer wear-resistant sapphire or ceramic layer with relatively small thickness and plastic core metal. Finite element structural analysis determines deformation, strain and stress in two-layer endoprosthesis hip head taking into account material properties and human physiology. The paper shows the parameters that have the most influence on load capacity of the joint.