Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου
Η επιβίωση της ολικής αρθροπλαστικής ισχίου εξαρτάται από τα προϊόντα φθοράς των αρθρούμενων επιφανειών. Τα προϊόντα φθοράς αποτελούν έναν από τους παράγοντες που δύνανται να οδηγήσουν την αρθροπλαστική σε κατάρρευση των τρίβο-ζευγαριών και αστοχία. Με την εξέλιξη και την είσοδο νέων υλικών και...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14287 |
| id |
nemertes-10889-14287 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Προϊόντα φθοράς Θεωρία φθοράς Archard Wear products Archard theory |
| spellingShingle |
Προϊόντα φθοράς Θεωρία φθοράς Archard Wear products Archard theory Κανελλόπουλος, Γεώργιος Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου |
| description |
Η επιβίωση της ολικής αρθροπλαστικής ισχίου εξαρτάται από τα προϊόντα φθοράς των αρθρούμενων επιφανειών. Τα προϊόντα φθοράς αποτελούν έναν από τους παράγοντες που δύνανται να οδηγήσουν την αρθροπλαστική σε κατάρρευση των τρίβο-ζευγαριών και αστοχία.
Με την εξέλιξη και την είσοδο νέων υλικών και συνδυασμών τρίβο-ζευγαριών, διαπιστώθηκε ότι ακόμα και συνδυασμοί μεταλλικής κεφαλής ή κεφαλής από κεραμικό σε πολυαιθυλένιο εμφάνισαν επίσης υψηλό ποσοστό παραγωγής προϊόντων φθοράς. Οι πιο συνηθισμένοι τρόποι φθοράς των αρθρούμενων επιφανειών των αθροπλαστικών του ισχίου είναι η προσκόλληση (adhesion), η εκτριβή (abrasion),η καταπόνηση (fatigue) και η φθορά λόγω τρίτου σώματος.
Η Τριβολογία είναι η επιστήμη που έχει σαν γνωστικά αντικείμενα την φθορά, την τριβή και τη λίπανση και κατά συνέπεια κατέχει πρωτεύοντα ρόλο στον σχεδιασμό και την επιλογή των υλικών τα οποία συνθέτουν τις αρθρούμενες επιφάνειες. Κάθε επιφάνεια, η οποία κινείται υπό φορτίο, χρειάζεται να λιπαίνεται. Υπάρχουν πολλών ειδών μηχανισμοί λίπανσης (οριακή, υδροδυναμική, ελαστοϋδροδυναμική, μικτή κτλ). Ιδανική θεωρείται η λίπανση, όταν κατά την κίνηση των τρίβο ζευγαριών παρεμβάλλεται μεταξύ τους μια μεμβράνη υγρού, διότι τότε το τριβό-ζευγάρι δεν έρχεται καθόλου σε επαφή. Όμως ο μηχανισμός λίπανσης που συναντάται στις αρθρώσεις των ζώων και των ανθρώπων κατατάσσεται στη μικτή. Ο πλέον διαδεδομένος σχεδιασμός του προσθετικού ισχίου είναι ένα σφαιρικό έδρανο παρόμοιο με τη πραγματική φυσική άρθρωση ισχίων των ανθρώπων.
Στο πλαίσιο της συνολικής αντικατάστασης ισχίου, ο στόχος αυτής της εργασίας είναι να προτείνει ένα ορθό μοντέλο τρισδιάστατης μικτής λίπανσης για τον υπολογισμό των παράγωγων φθοράς σε διάφορα τριβό-ζευγάρια κατά τα φορτία που λαμβάνουν χώρα στη διάρκεια του βηματισμού. Η προσέγγιση βασίζεται στην εξίσωση Reynolds και στα υπάρχοντα φορτία που αντιστοιχούν σε αυτά με των ζώντων οργανισμών που λήφθηκαν από προσομοιώσεις και πειράματα (γωνιακές ταχύτητες και φορτία). Υπό τις εξεταζόμενες συνθήκες έγινε εφαρμογή της θεωρία φθοράς Archard, το μοντέλο επιτρέπει τον προσδιορισμό της μεταβαλλόμενης πίεσης υγρού φιλμ και της πρόβλεψης του ογκομετρικού ποσοστού φθοράς. Αναφορικά υπολογίσαμε μια με κεφαλή κοβαλτίου-χρωμίου-μολυβδαινίου με πρόθεση κυπελλίου από πολυαιθυλένιο αλλά το πρόγραμμα επιτρέπει και άλλους συνδυασμούς τριβοζευγαριών. Οι υπολογισμοί έγιναν με την χρήση του προγράμματος MATLAB®. O ογκομετρικός ρυθμός φθοράς υπολογίστηκε δείχνοντας καλή συμφωνία με τις τιμές που ελήφθησαν από άλλους συγγραφείς ως αποτέλεσμα προσεγγίσεων με μεθόδους πεπερασμένων στοιχείων ή πειραματικών δοκιμών.
Λέξεις κλειδιά
Προϊόντα φθοράς, Συνδυασμοί τρίβο-ζευγαριών, Τύποι φθοράς, Σχεδιασμός του προσθετικού ισχίου, Λίπανση, Σχέση Reynolds, Θεωρία φθοράς Archard |
| author2 |
Kanellopoulos, George |
| author_facet |
Kanellopoulos, George Κανελλόπουλος, Γεώργιος |
| author |
Κανελλόπουλος, Γεώργιος |
| author_sort |
Κανελλόπουλος, Γεώργιος |
| title |
Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου |
| title_short |
Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου |
| title_full |
Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου |
| title_sort |
ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/14287 |
| work_keys_str_mv |
AT kanellopoulosgeōrgios anaptyxēmontelōnphthorastribēssearthrōseisgonatouischiou AT kanellopoulosgeōrgios developmentoffrictionwearmodelsinhipjoint |
| _version_ |
1771297258954817536 |
| spelling |
nemertes-10889-142872022-09-05T13:58:38Z Ανάπτυξη μοντέλων φθοράς-τριβής σε αρθρώσεις γονάτου ισχίου Development of friction wear models in hip joint Κανελλόπουλος, Γεώργιος Kanellopoulos, George Προϊόντα φθοράς Θεωρία φθοράς Archard Wear products Archard theory Η επιβίωση της ολικής αρθροπλαστικής ισχίου εξαρτάται από τα προϊόντα φθοράς των αρθρούμενων επιφανειών. Τα προϊόντα φθοράς αποτελούν έναν από τους παράγοντες που δύνανται να οδηγήσουν την αρθροπλαστική σε κατάρρευση των τρίβο-ζευγαριών και αστοχία. Με την εξέλιξη και την είσοδο νέων υλικών και συνδυασμών τρίβο-ζευγαριών, διαπιστώθηκε ότι ακόμα και συνδυασμοί μεταλλικής κεφαλής ή κεφαλής από κεραμικό σε πολυαιθυλένιο εμφάνισαν επίσης υψηλό ποσοστό παραγωγής προϊόντων φθοράς. Οι πιο συνηθισμένοι τρόποι φθοράς των αρθρούμενων επιφανειών των αθροπλαστικών του ισχίου είναι η προσκόλληση (adhesion), η εκτριβή (abrasion),η καταπόνηση (fatigue) και η φθορά λόγω τρίτου σώματος. Η Τριβολογία είναι η επιστήμη που έχει σαν γνωστικά αντικείμενα την φθορά, την τριβή και τη λίπανση και κατά συνέπεια κατέχει πρωτεύοντα ρόλο στον σχεδιασμό και την επιλογή των υλικών τα οποία συνθέτουν τις αρθρούμενες επιφάνειες. Κάθε επιφάνεια, η οποία κινείται υπό φορτίο, χρειάζεται να λιπαίνεται. Υπάρχουν πολλών ειδών μηχανισμοί λίπανσης (οριακή, υδροδυναμική, ελαστοϋδροδυναμική, μικτή κτλ). Ιδανική θεωρείται η λίπανση, όταν κατά την κίνηση των τρίβο ζευγαριών παρεμβάλλεται μεταξύ τους μια μεμβράνη υγρού, διότι τότε το τριβό-ζευγάρι δεν έρχεται καθόλου σε επαφή. Όμως ο μηχανισμός λίπανσης που συναντάται στις αρθρώσεις των ζώων και των ανθρώπων κατατάσσεται στη μικτή. Ο πλέον διαδεδομένος σχεδιασμός του προσθετικού ισχίου είναι ένα σφαιρικό έδρανο παρόμοιο με τη πραγματική φυσική άρθρωση ισχίων των ανθρώπων. Στο πλαίσιο της συνολικής αντικατάστασης ισχίου, ο στόχος αυτής της εργασίας είναι να προτείνει ένα ορθό μοντέλο τρισδιάστατης μικτής λίπανσης για τον υπολογισμό των παράγωγων φθοράς σε διάφορα τριβό-ζευγάρια κατά τα φορτία που λαμβάνουν χώρα στη διάρκεια του βηματισμού. Η προσέγγιση βασίζεται στην εξίσωση Reynolds και στα υπάρχοντα φορτία που αντιστοιχούν σε αυτά με των ζώντων οργανισμών που λήφθηκαν από προσομοιώσεις και πειράματα (γωνιακές ταχύτητες και φορτία). Υπό τις εξεταζόμενες συνθήκες έγινε εφαρμογή της θεωρία φθοράς Archard, το μοντέλο επιτρέπει τον προσδιορισμό της μεταβαλλόμενης πίεσης υγρού φιλμ και της πρόβλεψης του ογκομετρικού ποσοστού φθοράς. Αναφορικά υπολογίσαμε μια με κεφαλή κοβαλτίου-χρωμίου-μολυβδαινίου με πρόθεση κυπελλίου από πολυαιθυλένιο αλλά το πρόγραμμα επιτρέπει και άλλους συνδυασμούς τριβοζευγαριών. Οι υπολογισμοί έγιναν με την χρήση του προγράμματος MATLAB®. O ογκομετρικός ρυθμός φθοράς υπολογίστηκε δείχνοντας καλή συμφωνία με τις τιμές που ελήφθησαν από άλλους συγγραφείς ως αποτέλεσμα προσεγγίσεων με μεθόδους πεπερασμένων στοιχείων ή πειραματικών δοκιμών. Λέξεις κλειδιά Προϊόντα φθοράς, Συνδυασμοί τρίβο-ζευγαριών, Τύποι φθοράς, Σχεδιασμός του προσθετικού ισχίου, Λίπανση, Σχέση Reynolds, Θεωρία φθοράς Archard The survival of total hip replacement depends on the wear products of the linked surfaces. Wear products are one of the factors that can lead arthroplasty to the collapse of tribological pairs and failure. With the development and entry of new materials and combinations of tribological-pairs, it was found that even combinations of metal head or ceramic head in polyethylene can show a high rate of wear products. The most common ways of damaging the articular surfaces of hip joints are adhesion, abrasion, fatigue and third body wear. Tribology is the science that focuses on wear, friction and lubrication and therefore plays a key role in the design and selection of materials that compose the articulated surfaces. Every surface that moves under load needs to be lubricated. There are many types of lubrication mechanisms (marginal, hydrodynamic, elastohydrodynamic, mixed, etc.). Lubrication is considered ideal when a fluid membrane is inserted during the movement of the tribological pairs, because then the tribological-pair does not come into contact at all. However, the lubrication mechanism found in the joints of animals and humans is classified as mixed. The most common prosthetic hip design is a spherical bearing similar to the actual natural hip joint of humans. The aim of this work is to propose a correct three-dimensional mixed lubrication model for the calculation of wear factors in various tribological-pairs during loads that take place during the stepping action. The approach is based on the Reynolds equation and the existing loads corresponding to those of living organisms obtained from simulations and experiments (angular velocities and loads). Under the conditions examined, the Archard wear theory was applied, the model allows the determination of the variable fluid film pressure and the prediction of the volumetric wear percentage. As an example we have calculated a CoCrMo hip prosthesis with a polyethylene socket, but the program allows other combinations of tribological pairs. The calculations were performed using the MATLAB® program. The volumetric wear rate was calculated by showing good agreement with the values obtained by other authors as result of approaches with finite element methods or experimental tests. Keywords Wear Products, Tribological-Couple Combinations, Wear Types, Hip Replacement Design, Lubrication , Reynolds Equation, Archard Theory. 2020-12-08T05:40:51Z 2020-12-08T05:40:51Z 2020-09-28 http://hdl.handle.net/10889/14287 gr application/pdf |
