ASTM F3334-19 Metalik Ortopedik Total Diz Tibial Bileşenlerinin Sonlu Eleman Analizi (FEA) için Standart Uygulama

Amerikan Test ve Malzeme Kuruluşu (ASTM) tarafından geliştirilen, “ASTM F3334-19 Metalik ortopedik total diz tibial bileşenlerinin sonlu eleman analizi (FEA) için standart uygulama” standardında, gerilim ve zorlanmaların tahmini için sonlu eleman analizi (FEA) tekniklerini kullanarak metalik ortopedik total diz tibial bileşenlerinin sayısal simülasyonu için gereklilikler ve hususlar açıklanmaktadır. Bu uygulama, sadece malzeme sertifikasında belirtildiği gibi akma dayanımının altındaki gerilimler için geçerlidir.

Bu uygulama, statik implant gerilim ve zorlanmalarının tahmini amacıyla metalik ortopedik total diz tibial bileşen tasarımlarının değerlendirilmesinde kullanılan sonlu eleman modellerinin geliştirilmesine yönelik gereklilikleri içermektedir. Bu prosedür, fiziksel test yükünü azaltmak için aynı implant tasarımının farklı implant boyutları serisinde en kötü durum değerlendirmesi için kullanılır. Bu standartta, analizin önerilen yönergeleri takip edip etmediğini belirlemek için bir yardımcı olarak model kontrolleri ve doğrulaması gerçekleştirmek amacı ile önerilen prosedürler sunulmaktadır. Son olarak, mekanik simülasyonu kapsayan bir mühendislik raporunun önerilen içeriği sunulmaktadır.

Sınırlamalar açısından bu uygulama, metalik ortopedik toplam diz tibial bileşenlerinin statik yapısal analiziyle sınırlıdır (yorulma mukavemetinin tahminini hariç tutar).

Bu standart, burada açıklanan şekilde yüklendiğinde bir diz tibial bileşeninde görülen gerilimlerin hesaplanması için geçerlidir. Bu uygulama, belirli bir implant için en kötü durum boyutunu belirlemek için kullanılabilir. Bu sonlu eleman analizi yöntemi kullanılarak hesaplanan gerilimler, bir laboratuvarda gerçekleştirilen fiziksel gerinim ölçme teknikleri kullanılarak tibial tepsi üzerindeki iki konumda ölçülen gerilimlerle karşılaştırıldığında, gözlemlenen fark bir konumda yüzde eksi 6,8 (gerinimin göstergeleri daha yüksek gerilim bildiriyor) ve diğer konumda yüzde 3,1 (sonlu eleman analizi yöntemi daha yüksek bir gerilim bildiriyor) olmuştur. Bu fark, aynı implant tasarımının en kötü durum boyutunu/boyutlarını belirlerken dikkate alınmalıdır.

Tibial tepsi tasarımlarının canlıda yüklenmesi, genel olarak, bu uygulamada tanımlanan yüklemeden farklıdır. Ancak, bu uygulama, benzer koşullar altında test edildiğinde farklı metalik tibial bileşen tasarımlarının yorulma performansı arasında karşılaştırmalara izin vermek için tasarlanmıştır.

Sonlu eleman modelleri, incelenen cihazın geometrik bir temsiline dayanır. Geometrik ayrıntıların kaynağı çizimlerden, katı modellerden, ön çizimlerden veya model geometrisini tanımlamaya uygun herhangi bir kaynaktan elde edilebilir. Sonlu eleman modelinin oluşturulmasında, bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelinde gösterilen ortopedik implant geometrisinden, amaçlanan analizle ilgili olmadıkları belirlenirse belirli geometrik ayrıntılar çıkarılabilir. Geometrik basitleştirmenin kapsamını belirlemek için mühendislik yargısı kullanılmalı ve gerekçelendirilmelidir.

Simüle edilen ortopedik implant için en kötü durum stres koşulunu dikkate almak en uygunudur. En kötü durum, tibial bileşen geometrisi ve boyutları gibi tüm ilgili mühendislik değerlendirmelerinden belirlenmelidir. En kötü durumu belirlemek için sonlu eleman analizi kullanılıyorsa, en kötü durum boyutu bilinmeyebilir. En kötü durumu belirlemek için birkaç boyutu çalıştırmak gerekebilir. Sonlu eleman analizi (FEA) sonuçları en kötü durum yapılandırmasını kesin olarak belirlemiyorsa, en kötü durum boyutunu haklı çıkarmak için bir gerekçe (örneğin ek analiz veya fiziksel test) eklenmelidir.

Doğrusal, elastik bir sonlu eleman analizi modeline gerinim ve yer değiştirme hesaplaması için girdi olarak gereken malzeme özellikleri elastiklik modülü ve Poisson oranıdır. Bu değerler malzeme sertifikasyon verilerinden elde edilebilir.

Kuruluşumuz, çeşitli sektörlerdeki işletmeler için verdiği sayısız test, ölçüm, analiz ve değerlendirme çalışmaları arasında, eğitimli ve uzman bir kadro ve gelişmiş teknolojik donanımı ile, “ASTM F3334-19 Metalik ortopedik total diz tibial bileşenlerinin sonlu eleman analizi (FEA) için standart uygulama” standardında tanımlanan test hizmetleri de vermektedir.