ASTM F3334-19 金屬骨科全膝關節脛骨組件有限元素分析 (FEA) 標準實踐

在美國測試與材料學會（ASTM）制定的《ASTM F3334-19金屬矯形全膝關節脛骨組件有限元素分析（FEA）標準實踐》中，金屬矯形全膝關節脛骨組件數值模擬的要求和注意事項進行了描述。此應用僅適用於低於材料證書中指定的屈服強度的應力。

該申請包括開發有限元素模型的要求，該模型用於評估金屬骨科全膝脛骨零件設計，以預測靜態植入物應力和應變。該程序用於對同一植體設計的一系列不同植體尺寸進行最壞情況評估，以減少物理測試負擔。本標準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，此應用僅限於金屬矯形全膝脛骨組件的靜態結構分析（不包括疲勞強度的估計）。

該標準對於計算當如本文所述加載時在膝蓋的脛骨部件中看到的應力是有效的。該應用程式可用於確定特定植入物的最壞情況尺寸。當使用這種有限元素分析方法計算的應力與使用實驗室中執行的物理應變測量技術在脛骨托上兩個位置測量的應力進行比較時，在一個位置觀察到的差異為負6,8%（應變指標報告更高的應力）另一個位置為 3,1%（有限元素分析方法報告電壓更高）。在確定相同植體設計的最壞情況尺寸時，應考慮到這種差異。

脛骨托設計的體內負荷通常不同於本申請中所述的負荷。然而，該應用程式旨在允許在相似條件下測試時比較不同金屬脛骨部件設計的疲勞性能。

有限元素模型基於所考慮設備的幾何表示。幾何細節可以來自圖紙、實體模型、初步圖紙或任何其他適合描述模型幾何形狀的來源。在建立有限元素模型時，如果確定某些幾何細節與預期分析無關，則可以從電腦輔助設計 (CAD) 模型中顯示的骨科植入物幾何形狀中刪除某些幾何細節。應使用工程判斷並證明其合理性來確定幾何簡化的程度。

最適合考慮模擬骨科植入物的最壞情況應力條件。最壞的情況應根據所有相關的工程考慮因素來確定，例如脛骨部件的幾何形狀和尺寸。如果使用有限元素分析來確定最壞情況，則可能不知道最壞情況的尺寸。可能需要運行多個維度來確定最壞的情況。如果有限元素分析 (FEA) 結果無法明確確定最壞情況配置，則必須添加理由（例如額外分析或物理測試）來證明最壞情況尺寸的合理性。

作為線性彈性有限元素分析模型的應變和位移計算輸入所需的材料屬性是彈性模量和泊鬆比。這些值可以從材料認證數據中獲得。

我們的組織擁有訓練有素的專家人員和先進的技術設備，在為各個行業的企業提供的眾多測試、測量、分析和評估研究中，「ASTM F3334-19 金屬骨科有限元分析(FEA) 標準實踐”全膝關節脛骨組件」還提供標準中定義的測試服務。