人工肩關(guān)節(jié)的模擬試驗研究.pdf

1、肩關(guān)節(jié)在人們的日常生活有著極其重要的作用，是人體上肢最重要的摩擦副關(guān)節(jié)之一。然而，肩部疼痛和功能障礙在人群中的發(fā)生率較高，肩關(guān)節(jié)疾患也是常見的疾病，病情較重時只能通過肩關(guān)節(jié)置換以恢復(fù)功能。人工肩關(guān)節(jié)置換手術(shù)開展得較早，但發(fā)展較慢；肩關(guān)節(jié)置換術(shù)將成為21世紀最具發(fā)展?jié)摿?、潛在需求量最大的人工關(guān)節(jié)。因此，開展肩關(guān)節(jié)假體的摩擦磨損實驗以評價肩關(guān)節(jié)配副材料的摩擦磨損特性，這對于制備性能優(yōu)異的人工肩關(guān)節(jié)材料及促進肩關(guān)節(jié)置換術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

2、
　　本文以鍛造CoCrMo合金、Ti6Al4V合金兩種金屬材料和生物醫(yī)用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料組合成的人工關(guān)節(jié)摩擦副為研究基礎(chǔ)，設(shè)計出肩關(guān)節(jié)假體的摩擦磨損試驗方案。開展人工肩關(guān)節(jié)磨損對比試驗，考察并比較不同人工肩關(guān)節(jié)配副的階段與累計失重量、階段與累計體積磨損量以及線性磨損率的大小及變化規(guī)律。利用Abaq us軟件，建立簡化的肩關(guān)節(jié)臼－肱骨頭模型，獲得了接觸區(qū)域的應(yīng)力分布。同時，進行Ti6Al4V/UHMWPE、Co

3、CrMo/UHMWPE配副的生物摩擦學性能測試，分析并比較兩種金屬材料在人工肩關(guān)節(jié)材料中的應(yīng)用。
　　與CoCrMo、Ti6Al4V配副的UHMWPE關(guān)節(jié)窩階段磨損體積分別在200萬轉(zhuǎn)和300萬轉(zhuǎn)達到最大值，其值分別是69.75mm3和87.51 mm3，由此可預(yù)測CoCrMo和Ti6Al4V材料在植入肩部后最嚴重磨損時期分別是前2年和前3年。達到穩(wěn)定階段時，與CoCrMo、Ti6Al4V配副的UHMWPE體積磨損量大約為53 m

4、m3和76 mm3。
　　500萬次結(jié)束后， Ti6Al4V/UHMWPE的累計磨損體積約是CoCrMo/UHMWPE配副的1.38倍。線性擬合后，與CoCrMo、Ti6Al4V配副的UHMWP E的累計磨損體積與試驗轉(zhuǎn)數(shù)的方程斜率分別是56.150和77.456；從而為預(yù)測UHMWPE臼的使用壽命提供一種可用的方法。與CoCrMo和Ti6Al4V配副的UHMWPE臼的平均線性磨損率分別為0.1118 mm/MC和0.1310 m

5、m/MC。
　　簡化模型的接觸區(qū)域集中UHM WPE臼的中上部區(qū)域，應(yīng)力集中分布在接觸區(qū)域的中上部。在同等載荷作用下，與CoCrMo配副的UHMWP E臼的最大應(yīng)力值較大，與UHMWPE臼配副的CoCrMo肱骨頭的最大應(yīng)力值較大。
　　在干摩擦試驗過程中， Ti6Al4V/UHMWPE的摩擦系數(shù)高于同一時期的CoCrMo/UHMWPE配副。而在牛血清潤滑試驗過程中，Ti6Al4V/UHMWPE配副的摩擦系數(shù)均低于同一時期的C