交联超高分子量聚乙烯人工髋关节磨损仿真模拟

• 作者: 高子瑞 刘峰 刘瑶 焦朵朵 李宏伟
• 来源期刊: 机械工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 超高分子量聚乙烯磨损 人工髋关节 交联
• 年，卷（期）: 2021,（21）
• 所属期刊栏目: 摩擦学
• 页码范围: 202-210
• 页数: 9页
• 分类号: TH117
• 语种: 中文
• DOI: 10.3901/JME.2021.21.202

摘要

人工髋关节超高分子量聚乙烯(UHMWPE)关节面磨损仍是影响置换关节远期寿命的主要因素,其仿真建模是对关节模拟机磨损测试手段的重要补充,也是实现置换关节临床前性能评估的有效方法.由多向运动产生的交叉剪切效应是影响UHMWPE磨损的主要原因之一,也是仿真建模的关键.现有理论方法将磨损深度确定为滑动距离的函数,并将90°交叉剪切运动条件下的磨损作为度量基准计算不同角度下的交叉剪切效应,但尚未考虑接触应力变量对磨损深度的影响.针对以上问题,提出了在垂直交叉剪切运动条件下将磨损深度表示为摩擦功函数的方法.该方法利用UHMWPE摩擦因数与接触压力的定量关系计算摩擦因数并确定摩擦功,解决了 UHMWPE磨损交叉剪切效应中滑动距离与接触应力的耦合问题.基于磨损仿真新模型研究了 36 mm直径的交联UHMWPE髋关节,并与已有ProSim模拟机试验结果进行了验证.结果显示该仿真模型可准确计算体积磨损和线性磨损等磨损量以及髋关节载荷方向改变对磨损的影响.磨损新模型为进一步仿真模拟奠定了有效基础.