ASTM F3334-19 Thực hành tiêu chuẩn để phân tích phần tử hữu hạn (FEA) của các thành phần xương chày đầu gối chỉnh hình tổng thể bằng kim loại

Trong “ASTM F3334-19 Tiêu chuẩn thực hành để phân tích phần tử hữu hạn (FEA) của các thành phần xương chày đầu gối chỉnh hình tổng thể bằng kim loại” do Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) phát triển, các yêu cầu và cân nhắc tổng thể chỉnh hình kim loại đối với mô phỏng số của các thành phần xương chày đầu gối được mô tả. Ứng dụng này chỉ có hiệu lực đối với ứng suất dưới giới hạn chảy như quy định trong chứng chỉ vật liệu.

Ứng dụng này bao gồm các yêu cầu để phát triển các mô hình phần tử hữu hạn được sử dụng trong việc đánh giá các thiết kế toàn bộ thành phần xương chày đầu gối chỉnh hình bằng kim loại nhằm mục đích dự đoán ứng suất và biến dạng tĩnh của bộ cấy ghép. Quy trình này được sử dụng để đánh giá trường hợp xấu nhất của một loạt các kích cỡ bộ cấy khác nhau của cùng một thiết kế bộ cấy nhằm giảm gánh nặng kiểm tra vật lý. Tiêu chuẩn này cung cấp các quy trình được khuyến nghị để thực hiện kiểm tra và xác nhận mô hình nhằm hỗ trợ việc xác định xem liệu phân tích có tuân theo các hướng dẫn được khuyến nghị hay không. Cuối cùng, nội dung đề xuất của một báo cáo kỹ thuật mô phỏng cơ khí được trình bày.

Về mặt hạn chế, ứng dụng này chỉ giới hạn ở phân tích cấu trúc tĩnh của các thành phần xương chày đầu gối chỉnh hình toàn bộ bằng kim loại (không bao gồm ước tính độ bền mỏi).

Tiêu chuẩn này có giá trị để tính toán ứng suất nhìn thấy ở bộ phận xương chày của đầu gối khi chịu tải như mô tả ở đây. Ứng dụng này có thể được sử dụng để xác định kích thước trong trường hợp xấu nhất cho một bộ phận cấy ghép cụ thể. Khi các ứng suất được tính toán bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn này được so sánh với các ứng suất đo được tại hai vị trí trên khay xương chày bằng kỹ thuật đo biến dạng vật lý được thực hiện trong phòng thí nghiệm, sự khác biệt quan sát được là âm 6,8% tại một vị trí (chỉ số biến dạng báo cáo ứng suất cao hơn) và 3,1 phần trăm ở vị trí khác (phương pháp phân tích phần tử hữu hạn báo cáo điện áp cao hơn). Sự khác biệt này cần được tính đến khi xác định (các) kích thước trong trường hợp xấu nhất cho cùng một thiết kế bộ cấy.

Tải trọng in-vivo của các thiết kế khay xương chày thường khác với tải trọng được mô tả trong ứng dụng này. Tuy nhiên, ứng dụng này được thiết kế để cho phép so sánh giữa đặc tính mỏi của các thiết kế thành phần xương chày bằng kim loại khác nhau khi được thử nghiệm trong các điều kiện tương tự.

Các mô hình phần tử hữu hạn dựa trên biểu diễn hình học của thiết bị đang được xem xét. Chi tiết hình học có thể được lấy từ các bản vẽ, mô hình khối, bản vẽ sơ bộ hoặc bất kỳ nguồn nào khác phù hợp để mô tả hình dạng mô hình. Khi tạo mô hình phần tử hữu hạn, một số chi tiết hình học nhất định có thể bị xóa khỏi hình học cấy ghép chỉnh hình được hiển thị trong mô hình thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) nếu chúng được xác định là không liên quan đến phân tích dự định. Đánh giá kỹ thuật nên được sử dụng và chứng minh để xác định mức độ đơn giản hóa hình học.

Điều thích hợp nhất là xem xét tình trạng ứng suất trong trường hợp xấu nhất đối với bộ phận cấy ghép chỉnh hình mô phỏng. Trường hợp xấu nhất phải được xác định từ tất cả các cân nhắc kỹ thuật có liên quan, chẳng hạn như hình dạng và kích thước thành phần xương chày. Nếu phân tích phần tử hữu hạn được sử dụng để xác định trường hợp xấu nhất thì kích thước trường hợp xấu nhất có thể không được biết. Có thể cần phải chạy nhiều chiều để xác định trường hợp xấu nhất. Nếu kết quả phân tích phần tử hữu hạn (FEA) không xác định rõ ràng cấu hình trong trường hợp xấu nhất thì phải thêm cơ sở lý luận (ví dụ: phân tích bổ sung hoặc thử nghiệm vật lý) để biện minh cho kích thước trường hợp xấu nhất.

Các tính chất vật liệu cần thiết làm đầu vào cho tính toán biến dạng và chuyển vị thành mô hình phân tích phần tử hữu hạn đàn hồi tuyến tính là mô đun đàn hồi và tỷ lệ Poisson. Những giá trị này có thể được lấy từ dữ liệu chứng nhận vật liệu.

Tổ chức của chúng tôi, với đội ngũ nhân viên được đào tạo chuyên nghiệp và thiết bị công nghệ tiên tiến, trong số rất nhiều nghiên cứu thử nghiệm, đo lường, phân tích và đánh giá mà tổ chức này cung cấp cho các doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực khác nhau, "ASTM F3334-19 Thực hành tiêu chuẩn để phân tích phần tử hữu hạn (FEA) của chỉnh hình kim loại tổng số thành phần xương chày đầu gối" Nó cũng cung cấp các dịch vụ kiểm tra được xác định trong tiêu chuẩn.