ASTM F3161-16 停机条件下金属骨科全膝关节股骨组件有限元分析 (FEA) 的标准测试方法

在美国材料试验协会（ASTM）制定的标准《闭合条件下金属矫形全膝股骨组件有限元分析（FEA）的ASTM F3161-16标准测试方法》中，有限元分析（FEA）技术用于评估金属骨科骨水泥和非骨水泥全膝股骨组件的应力和应变的要求和注意事项。本标准仅适用于材料证书中规定的低于屈服强度的应力。

该测试方法包含开发用于评估金属骨科全膝股骨部件设计的有限元模型的要求，以预测静态植入物应力和应变。该程序用于对一系列种植体尺寸内的最坏情况进行评估，以确保要执行的物理测试量的效率。提供了执行模型检查和验证的推荐程序，以帮助确定分析是否遵循推荐的指南。最后，提出了涵盖机械仿真的工程报告的建议内容。

就局限性而言，该标准仅限于金属矫形全膝股骨组件的静态结构分析（不包括疲劳强度的估计）。

有限元分析 (FEA)是基于有限元方法(FEM) 计算结果来预测物体行为的过程。有限元方法是一种数学技术，而有限元分析则是对有限元方法计算结果的解释。有限元分析通过提供对复杂系统和结构的深入理解，帮助工程师做出更明智的设计决策。

有限元方法使用数学将复杂系统分解为更小、更简单的部分或元素。然后，利用计算机的力量，将微分方程分别应用到每个元素上，进行划分，然后解决工程问题。有限元分析是许多仿真软件的基础。它用于通过创建现实世界资产的虚拟模型来安全、快速且经济地验证和测试设计。这些模型用于解决各种行业的各种条件和场景，特别是那些具有复杂或高风险环境的行业，例如航空航天和生物力学。

植入物由金属合金、陶瓷材料和坚固的塑料部件制成。全膝关节置换术中最多可以更换三个骨表面：

• 股骨下端。金属股骨组件围绕股骨末端（大腿骨）弯曲。它带有凹槽，因此当膝盖弯曲和伸直时，膝盖骨可以在骨头上平滑地上下移动。
• 胫骨（胫骨）的上表面。胫骨组件通常是一个扁平的金属平台，带有坚固耐用的聚乙烯塑料垫。有些设计没有金属部件，而是将聚乙烯直接附着在骨头上。为了获得额外的稳定性，该部件的金属部分可以具有适合胫骨中心的柄。
• 髌骨后表面。髌骨组件是一块圆顶形聚乙烯片，复制了髌骨（膝盖骨）的形状。在某些情况下，不需要重新修整髌骨表面。

组件的设计使得金属始终与塑料接触，从而使植入物移动更顺畅并减少磨损。

在为各个行业的企业提供的众多测试、测量、分析和评估研究中，我们的组织凭借训练有素的专家人员和先进的技术设备，开发了 ASTM F3161-16，用于金属骨科整体的有限元分析 (FEA)它还提供“标准测试方法”标准中定义的测试服务。