ASTM F2996-20 Стандартная практика анализа методом конечных элементов (FEA) немодульных металлических ортопедических ножек тазобедренного сустава

В «Стандартной практике ASTM F2996-20 для анализа методом конечных элементов (FEA) немодульных металлических ортопедических ножек тазобедренного сустава», разработанной Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), указано, что немодульный, т.е. модульные. Описаны требования к численному моделированию металлических ортопедических ножек тазобедренного сустава, ограниченных монолитными ножками только с коническим интерфейсом головка бедренной кости и цапфы. Этот стандарт действителен только для напряжений ниже предела текучести, указанного в сертификате материала.

В этом приложении установлены требования и соображения по разработке моделей конечных элементов, которые будут использоваться при оценке немодульных металлических ортопедических конструкций тазобедренного сустава с целью прогнозирования статических напряжений и деформаций имплантатов. Эту процедуру можно использовать для оценки наихудшего случая в диапазоне различных размеров одной и той же конструкции имплантата, чтобы снизить нагрузку на физические испытания. Приводятся рекомендуемые процедуры выполнения проверок и валидации модели, которые помогут определить, соответствует ли анализ рекомендуемым рекомендациям. Данное приложение ограничивается обсуждением статического структурного анализа немодульных металлических ортопедических ножек тазобедренного сустава.

Этот стандарт действителен для расчета напряжений, наблюдаемых в ножке бедренной кости при нагрузке, как описано в стандарте ISO 7206-4. Этот метод можно использовать для определения наихудшего размера конкретного имплантата. Когда напряжения, рассчитанные с помощью этого приложения, сравнивались с напряжениями, измеренными с помощью методов измерения физического напряжения, выполненных в двух лабораториях с использованием двух разных методов, результаты коррелировали в пределах 8 процентов.

Этот метод испытаний можно использовать для оценки влияния проектных переменных на напряжение и деформацию металлических ножек бедра в установке, имитирующей описанную в стандарте ISO 7206-4.

Модели конечных элементов основаны на геометрическом представлении рассматриваемого устройства. Геометрические детали могут быть получены из чертежей, твердотельных моделей, предварительных чертежей или любого другого источника, подходящего для описания геометрии модели. При создании модели методом конечных элементов некоторые геометрические детали могут быть исключены из геометрии ортопедического имплантата, показанной в модели автоматизированного проектирования, если будет установлено, что они не имеют отношения к предполагаемому анализу.

Наиболее целесообразно рассмотреть наихудшее стрессовое состояние для моделируемого ортопедического имплантата. Наихудший случай следует определять с учетом всех соответствующих инженерных соображений, таких как геометрия корпуса, размеры и смещение головки. Если для определения наихудшего случая используется анализ методом конечных элементов, то смещение головки наихудшего случая может быть неизвестно. Чтобы это определить, может потребоваться прогнать несколько вариантов смещения головки.

Свойства материала, необходимые в качестве входных данных для модели анализа методом конечных элементов для расчета деформации и смещения, — это модуль упругости и коэффициент Пуассона. Эти значения можно получить из данных сертификации материалов. Поскольку стандарт ISO 7206-4 применяется под контролем нагрузки, анализ методом конечных элементов также должен выполняться под контролем нагрузки. Когда анализ методом конечных элементов выполняется под контролем нагрузки, модуль упругости не влияет на расчеты напряжений в соответствии с теорией малых перемещений, но влияет на смещение и деформацию. Влияние коэффициента Пуассона на расчеты напряжений незначительно.

Среди многочисленных исследований по тестированию, измерениям, анализу и оценке, которые наша организация проводит для предприятий в различных секторах, с ее обученным и опытным персоналом и передовым технологическим оборудованием, «ASTM F2996-20 Стандартная практика для анализа методом конечных элементов (FEA) немодульных металлические ортопедические бедренно-бедренные ножки». Он также предоставляет услуги по тестированию, определенные в стандарте.