ASTM F3334-19 Standardowa praktyka analizy elementów skończonych (FEA) metalowych ortopedycznych komponentów kości piszczelowej stawu kolanowego

W „Standardowej praktyce ASTM F3334-19 dotyczącej analizy elementów skończonych (FEA) metalowych ortopedycznych elementów kości piszczelowej stawu kolanowego” opracowanej przez Amerykańskie Towarzystwo Testowania i Materiałów (ASTM), metaliczne wymagania ortopedyczne całkowite i rozważania dotyczące numerycznej symulacji komponentów kości piszczelowej stawu kolanowego są opisane. Niniejsze zgłoszenie dotyczy tylko naprężeń poniżej granicy plastyczności określonej w certyfikacie materiałowym.

Ta aplikacja zawiera wymagania dotyczące opracowywania modeli elementów skończonych stosowanych w ocenie projektów metalowych ortopedycznych komponentów całkowitej kości piszczelowej kolana w celu przewidywania statycznych naprężeń i odkształceń implantów. Procedurę tę stosuje się do oceny najgorszego przypadku serii implantów o różnych rozmiarach tej samej konstrukcji, aby zmniejszyć obciążenie związane z badaniami fizycznymi. W niniejszej normie przedstawiono zalecane procedury wykonywania kontroli i walidacji modeli, które mają pomóc w ustaleniu, czy analiza jest zgodna z zalecanymi wytycznymi. Na koniec przedstawiono sugerowaną treść raportu inżynierskiego obejmującego symulację mechaniczną.

Pod względem ograniczeń aplikacja ta ogranicza się do statycznej analizy strukturalnej metalowych ortopedycznych komponentów całkowitej kości piszczelowej stawu kolanowego (z wyłączeniem oceny wytrzymałości zmęczeniowej).

Niniejsza norma obowiązuje przy obliczaniu naprężeń występujących w elemencie piszczelowym kolana przy obciążeniu opisanym w niniejszym dokumencie. Aplikacji tej można użyć do określenia najgorszego rozmiaru dla konkretnego implantu. Kiedy naprężenia obliczone przy użyciu tej metody analizy elementów skończonych porównano z naprężeniami zmierzonymi w dwóch miejscach na łyżce kości piszczelowej przy użyciu technik pomiaru odkształcenia fizycznego wykonanych w laboratorium, zaobserwowana różnica wyniosła minus 6,8 procent w jednym miejscu (wskaźniki odkształcenia zgłaszały wyższe naprężenia). i 3,1 procent w innym miejscu (metoda analizy elementów skończonych wskazuje wyższe napięcie). Różnicę tę należy wziąć pod uwagę przy określaniu rozmiaru(ów) najgorszego przypadku dla tej samej konstrukcji implantu.

Ładowanie in vivo projektów tac piszczelowych zasadniczo różni się od ładowania opisanego w tym zgłoszeniu. Jednakże aplikacja ta została zaprojektowana w celu umożliwienia porównań wydajności zmęczeniowej różnych konstrukcji metalowych komponentów kości piszczelowej podczas testów w podobnych warunkach.

Modele elementów skończonych opierają się na reprezentacji geometrycznej rozważanego urządzenia. Szczegóły geometryczne można pozyskać z rysunków, modeli bryłowych, rysunków wstępnych lub dowolnego innego źródła odpowiedniego do opisu geometrii modelu. Tworząc model elementów skończonych, z geometrii implantu ortopedycznego pokazanej w modelu projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) można usunąć pewne szczegóły geometryczne, jeśli zostaną uznane za nieistotne dla zamierzonej analizy. Aby określić zakres uproszczenia geometrycznego, należy zastosować i uzasadnić ocenę inżynierską.

Najwłaściwsze jest uwzględnienie najgorszego przypadku naprężenia dla symulowanego implantu ortopedycznego. Najgorszy przypadek należy określić na podstawie wszystkich istotnych rozważań inżynieryjnych, takich jak geometria i wymiary komponentu kości piszczelowej. Jeżeli do określenia najgorszego przypadku wykorzystana zostanie analiza elementów skończonych, wielkość najgorszego przypadku może nie być znana. Aby określić najgorszy przypadek, może być konieczne przeprowadzenie kilku wymiarów. Jeżeli wyniki analizy elementów skończonych (FEA) nie pozwalają ostatecznie określić najgorszej konfiguracji, należy dodać uzasadnienie (np. dodatkową analizę lub badanie fizyczne), aby uzasadnić najgorszy przypadek.

Właściwości materiału wymagane jako dane wejściowe do obliczenia odkształcenia i przemieszczenia w liniowym, elastycznym modelu analizy elementów skończonych to moduł sprężystości i współczynnik Poissona. Wartości te można uzyskać z danych certyfikacyjnych materiałów.

Nasza organizacja, dysponująca wyszkolonym i specjalistycznym personelem oraz zaawansowanym sprzętem technologicznym, wśród licznych badań, pomiarów, analiz i ocen, które zapewnia przedsiębiorstwom z różnych sektorów, „ASTM F3334-19 Standardowa praktyka analizy elementów skończonych (FEA) metalowych wyrobów ortopedycznych całkowite komponenty piszczelowe stawu kolanowego” Świadczy także usługi badawcze określone w standardzie.