人工髋关节三维外形优化设计的动静态疲劳特性有限元分析[外文翻译].rar

附件C：译文



人工髋关节三维外形优化设计的动静态疲劳特性有限元分析
Oguz Kayabasi 1, Bulent Ekici 2
（1.Gebze理工学院设计与制造工程系，41400，Gebze，土耳其；
2.马尔马拉大学机械工程系，81040，伊斯坦布尔，土耳其）
2006年2月15日收到论文;同年8月14日接受；同年11月14日上传网络

摘要：有限元法是固体力学中最先进的仿真技术之一，可以用来分析假体的生物力学特性，作为一种工具来设计和分析全关节置换或者其他的假体。人工髋关节的设计是一个非常复杂的过程，需要工程师和外科医生的密切合作。为了设计出持久耐用的假体，需要考虑骨骼的自然生长过程。在假体设计中一个重要因素是要减小股骨和骨水泥的应力。本研究的目的是调查不同模型参数的假体在自重负载作用下的各方面特性。通过对两种不同材料的假体研究来发现合适的材料和较强的抗疲劳能力。在参数化设计中，必须要保证在病人的生命周期内骨干与股骨头通过骨水泥可靠连接在一起，同时也要防止假体滑入骨水泥中。
在有限元分析中，关节间的相互物理作用通过接触算法来模拟，ANSYS的面面接触算法可以用来分析股骨—骨水泥界面和骨水泥—假体界面的静力。
骨干与骨水泥间考虑三种接触情况：完全粘结，摩擦系数为零的不粘结，摩擦系数为0.2的不粘接。在分析中，骨水泥采用粘弹性材料模型，假体的外形采用数字优化。
将有限元仿真结果和Charnley的假体进行比较，找出合适的假体材料，选出满足功能的最合适假体外形。这些发现可以为进一步人工髋关节的优化设计研究提供基础。

关键词：优化设计；疲劳；有限元法；人工髋关节


1． 介绍
　　植入假体是为了承受载荷，因此必须牢固地与骨骼的其他部分联系在一起[1]。假体可以采用骨水泥固定，它会逐渐失效正如连接骨组织不断生长，也可以采用非骨水泥固定，这时假体设计有专门提供固定的表面。骨水泥固定仍然在大多数的手术中被采用。