ASTM F3161-16 停機條件下金屬骨科全膝關節股骨組件有限元素分析 (FEA) 的標準測試方法

在美國材料試驗協會（ASTM）制定的標準《閉合條件下金屬矯形全膝股骨組件有限元素分析（FEA）的ASTM F3161-16標準測試方法》中，有限元素分析（FEA）技術用於評估金屬骨科骨水泥和非骨水泥全膝股骨組件的應力和應變的要求和注意事項。本標準僅適用於材料證書中規定的低於屈服強度的應力。

此測試方法包含開發用於評估金屬骨科全膝股骨部件設計的有限元素模型的要求，以預測靜態植入物應力和應變。該程序用於對一系列植體尺寸內的最壞情況進行評估，以確保要執行的物理測試量的效率。提供了執行模型檢查和驗證的建議程序，以幫助確定分析是否遵循建議的指南。最後，提出了涵蓋機械模擬的工程報告的建議內容。

就限製而言，該標準僅限於金屬矯形全膝股骨組件的靜態結構分析（不包括疲勞強度的估計）。

有限元素分析 (FEA)是基於有限元素方法(FEM) 計算結果來預測物體行為的過程。有限元素方法是一種數學技術，而有限元素分析則是對有限元素方法計算結果的解釋。有限元素分析透過提供對複雜系統和結構的深入理解，幫助工程師做出更明智的設計決策。

有限元素方法使用數學將複雜系統分解為更小、更簡單的部分或元素。然後，利用電腦的力量，將微分方程式分別應用到每個元素上，進行劃分，然後解決工程問題。有限元素分析是許多模擬軟體的基礎。它用於透過創建現實世界資產的虛擬模型來安全、快速且經濟地驗證和測試設計。這些模型用於解決各種行業的各種條件和場景，特別是那些具有複雜或高風險環境的行業，例如航空航天和生物力學。

植入物由金屬合金、陶瓷材料和堅固的塑膠零件製成。全膝關節置換術中最多可更換三個骨頭表面：

• 股骨下端。金屬股骨組件圍繞股骨末端（大腿骨）彎曲。它帶有凹槽，因此當膝蓋彎曲和伸直時，膝蓋骨可以在骨頭上平滑地上下移動。
• 脛骨（脛骨）的上表面。脛骨組件通常是一個扁平的金屬平台，帶有堅固耐用的聚乙烯塑膠墊。有些設計沒有金屬零件，而是將聚乙烯直接附著在骨頭上。為了獲得額外的穩定性，該零件的金屬部分可以具有適合脛骨中心的柄。
• 髕骨後表面。髕骨組件是一塊圓頂形聚乙烯片，複製了髕骨（膝蓋骨）的形狀。在某些情況下，不需要重新修整髕骨表面。

組件的設計使金屬始終與塑膠接觸，從而使植入物移動更順暢並減少磨損。

在為各行業的企業提供的眾多測試、測量、分析和評估研究中，我們的組織憑藉訓練有素的專家人員和先進的技術設備，開發了ASTM F3161-16，用於金屬骨科整體的有限元分析(FEA)它還提供「標準測試方法」標準中定義的測試服務。