ASTM F3334-19 Standardpraxis für die Finite-Elemente-Analyse (FEA) metallischer orthopädischer Totalknie-Tibiakomponenten

In der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelten „ASTM F3334-19 Standardpraxis für die Finite-Elemente-Analyse (FEA) metallischer orthopädischer Total-Knie-Tibia-Komponenten“ werden metallische orthopädische Total-Anforderungen und Überlegungen für die numerische Simulation von Knie-Tibia-Komponenten beschrieben werden beschrieben. Diese Anwendung gilt nur für Spannungen unterhalb der im Materialzertifikat angegebenen Streckgrenze.

Diese Anwendung enthält Anforderungen für die Entwicklung von Finite-Elemente-Modellen, die bei der Bewertung metallischer orthopädischer Totalknie-Tibia-Komponentenkonstruktionen zum Zweck der Vorhersage statischer Implantatspannungen und -dehnungen verwendet werden. Dieses Verfahren wird für die Worst-Case-Bewertung einer Reihe unterschiedlicher Implantatgrößen desselben Implantatdesigns verwendet, um den physischen Testaufwand zu reduzieren. Dieser Standard bietet empfohlene Verfahren zur Durchführung von Modellprüfungen und -validierungen als Hilfe bei der Bestimmung, ob die Analyse den empfohlenen Richtlinien entspricht. Abschließend wird der vorgeschlagene Inhalt eines technischen Berichts zur mechanischen Simulation vorgestellt.

Hinsichtlich der Einschränkungen ist diese Anwendung auf die statische Strukturanalyse metallischer orthopädischer Totalknie-Tibiakomponenten beschränkt (Schätzung der Ermüdungsfestigkeit ausgenommen).

Diese Norm gilt für die Berechnung der Belastungen, die in einer Knie-Tibia-Komponente auftreten, wenn sie wie hier beschrieben belastet wird. Mit dieser Anwendung kann die Worst-Case-Größe für ein bestimmtes Implantat ermittelt werden. Als die mithilfe dieser Methode der Finite-Elemente-Analyse berechneten Spannungen mit den Spannungen verglichen wurden, die an zwei Stellen auf der Schienbeinschiene mithilfe physikalischer Dehnungsmesstechniken in einem Labor gemessen wurden, betrug der beobachtete Unterschied an einer Stelle minus 6,8 Prozent (Dehnungsindikatoren meldeten höhere Spannungen). und 3,1 Prozent an der anderen Stelle (die Methode der Finite-Elemente-Analyse meldet eine höhere Spannung). Dieser Unterschied sollte bei der Bestimmung der Worst-Case-Größe(n) für dasselbe Implantatdesign berücksichtigt werden.

Die In-vivo-Belastung von Tibia-Tray-Designs unterscheidet sich im Allgemeinen von der in dieser Anmeldung beschriebenen Belastung. Diese Anwendung soll jedoch Vergleiche zwischen der Ermüdungsleistung verschiedener metallischer Tibiakomponentenkonstruktionen ermöglichen, wenn diese unter ähnlichen Bedingungen getestet werden.

Finite-Elemente-Modelle basieren auf einer geometrischen Darstellung des betrachteten Geräts. Geometrische Details können aus Zeichnungen, Volumenmodellen, Vorzeichnungen oder jeder anderen Quelle stammen, die zur Beschreibung der Modellgeometrie geeignet ist. Bei der Erstellung des Finite-Elemente-Modells können bestimmte geometrische Details aus der im CAD-Modell (Computer Aided Design) dargestellten orthopädischen Implantatgeometrie entfernt werden, wenn festgestellt wird, dass sie für die beabsichtigte Analyse irrelevant sind. Zur Bestimmung des Ausmaßes der geometrischen Vereinfachung sollte technisches Urteilsvermögen herangezogen und begründet werden.

Am sinnvollsten ist es, den Worst-Case-Belastungszustand für das simulierte orthopädische Implantat zu berücksichtigen. Der schlimmste Fall sollte aus allen relevanten technischen Überlegungen ermittelt werden, wie z. B. der Geometrie und den Abmessungen der Tibiakomponente. Wenn die Finite-Elemente-Analyse verwendet wird, um den Worst-Case zu bestimmen, ist die Worst-Case-Größe möglicherweise nicht bekannt. Es kann erforderlich sein, mehrere Dimensionen auszuführen, um den schlimmsten Fall zu bestimmen. Wenn die Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse (FEA) die Worst-Case-Konfiguration nicht definitiv bestimmen, muss eine Begründung (z. B. zusätzliche Analyse oder physikalische Tests) hinzugefügt werden, um die Worst-Case-Größe zu rechtfertigen.

Die Materialeigenschaften, die als Eingabe für die Dehnungs- und Verschiebungsberechnung in einem linearen, elastischen Finite-Elemente-Analysemodell erforderlich sind, sind der Elastizitätsmodul und die Poissonzahl. Diese Werte können den Materialzertifizierungsdaten entnommen werden.

Unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung bietet neben zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien für Unternehmen in verschiedenen Branchen auch die Norm „ASTM F3334-19 Standard Practice for Finite-Elemente-Analyse (FEA) von metallischen orthopädischen Bauteilen“ an „Gesamt-Knie-Tibia-Komponenten“ Es bietet auch in der Norm definierte Testdienstleistungen an.