Prática padrão ASTM F2996-20 para análise de elementos finitos (FEA) de hastes femorais ortopédicas metálicas não modulares do quadril

Na “prática padrão ASTM F2996-20 para análise de elementos finitos (FEA) de hastes femorais ortopédicas metálicas não modulares” desenvolvida pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM), afirma-se que não modular, ou seja, não- modular, são descritos requisitos para simulação numérica de hastes metálicas ortopédicas de quadril limitadas a hastes monolíticas com apenas a interface cônica da cabeça femoral/munhão. Esta norma só é válida para tensões abaixo do limite de escoamento conforme indicado no certificado do material.

Este pedido estabelece requisitos e considerações para o desenvolvimento de modelos de elementos finitos a serem usados ​​na avaliação de projetos de hastes de quadril ortopédicas metálicas não modulares com a finalidade de prever tensões e deformações estáticas de implantes. Este procedimento pode ser usado para avaliação do pior caso dentro de uma variedade de tamanhos diferentes do mesmo desenho de implante para reduzir a carga de testes físicos. Os procedimentos recomendados para realizar verificações e validações de modelos são fornecidos para ajudar a determinar se a análise segue as diretrizes recomendadas. Esta aplicação é limitada em discussão à análise estrutural estática de hastes ortopédicas metálicas não modulares do quadril.

Esta norma é válida para calcular as tensões observadas na haste femoral do quadril quando carregada conforme descrito na norma ISO 7206-4. Este método pode ser usado para determinar o tamanho do pior caso para um implante específico. Quando as tensões calculadas usando este aplicativo foram comparadas com as tensões medidas a partir de técnicas de medição de tensão física realizadas em dois laboratórios usando dois métodos diferentes, os resultados foram correlacionados em 8%.

Este método de teste pode ser usado para estimar os efeitos das variáveis ​​de projeto na tensão e deformação das hastes femorais metálicas do quadril em uma configuração que imita a descrita na norma ISO 7206-4.

Os modelos de elementos finitos baseiam-se numa representação geométrica do dispositivo em consideração. Os detalhes geométricos podem ser provenientes de desenhos, modelos sólidos, desenhos preliminares ou qualquer outra fonte adequada para descrever a geometria do modelo. Ao criar o modelo de elementos finitos, certos detalhes geométricos podem ser omitidos da geometria do implante ortopédico mostrada no modelo de projeto auxiliado por computador se forem determinados como irrelevantes para a análise pretendida.

É mais apropriado considerar a pior condição de estresse para o implante ortopédico simulado. O pior caso deve ser determinado a partir de todas as considerações de engenharia relevantes, como geometria do casco, dimensões e deslocamento da cabeça. Se a análise de elementos finitos for usada para determinar o pior caso, então o pior caso de deslocamento de carga pode ser desconhecido. Pode ser necessário executar diversas variantes de deslocamento de cabeça para determinar isso.

As propriedades do material necessárias como entrada para um modelo de análise de elementos finitos para cálculo de deformação e deslocamento são o módulo de elasticidade e o índice de Poisson. Esses valores podem ser obtidos a partir de dados de certificação de materiais. Como a norma ISO 7206-4 é executada sob controle de carga, a análise de elementos finitos também deve ser executada sob controle de carga. Quando a análise de elementos finitos é executada sob controle de carga, o módulo de elasticidade não afeta os cálculos de tensão sob a teoria de pequenos deslocamentos, mas afeta o deslocamento e a deformação. O efeito do índice de Poisson nos cálculos de tensão é insignificante.

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