表面处理及植入参数对钛合金股骨柄疲劳寿命的影响研究

来源 :华侨大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdadlu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
髋关节置换术中使用的股骨柄在植入后发生断裂会严重影响病人恢复与生活。造成股骨柄假体植入人体后疲劳断裂的原因有多种,其中两种比较常见。其一,股骨柄假体设计强度不足,使得股骨柄在经受长期载荷作用后,出现疲劳失效;其二则是植入时的安装角度偏离,造成股骨柄假体应力集中,降低股骨柄假体疲劳寿命。鉴于以上原因,本文采用疲劳试验与仿真结合的方式,探究钛合金股骨柄的基体以及临床安装角度对疲劳寿命的影响。主要研究内容及相关结论如下:(1)对经过豪克能加工技术、镜面抛光和喷丸强化三种不同方式进行表面处理的钛合金棒材开展静态四点弯曲与抗弯疲劳试验,结果显示喷丸强化的钛合金棒材屈服载荷比其他两种高出近10%,其疲劳载荷等级为95%才发生失效,而其他两种均在85%发生失效。即喷丸强化表面处理有利提高材料的抗弯疲劳性能。(2)对喷丸表面强化处理的钛合金股骨柄和喷完强化后再经涂层处理的钛合金股骨柄分别设置最大加载力值为3450N,频率为5Hz的正弦波形进行加载开展疲劳试验,结果显示:涂层处理使得钛合金股骨柄疲劳寿命降低近20%。理论分析其原因是烧结涂层处理致使钛合金股骨柄的表面发生相变,疲劳强度降低。(3)借助ABAQUS与FE-SAFE软件对钛合金股骨柄进行疲劳仿真分析,仿真结果显示的疲劳寿命随加载力变化的关系曲线与疲劳试验结果较为贴合,趋势具有一致性;对断裂后的钛合金股骨柄进行断面分析,发现疲劳源区与应力集中位置和仿真结果一致,疲劳源区与疲劳寿命最低处位置也一致。因此认为仿真模型具有可靠性。(4)基于仿真模型开展钛合金股骨柄植入参数对疲劳寿命的影响分析。以疲劳试验的前倾角-9°,外展角10°进行包埋位置的研究,设置包埋位置到作用点的距离为78mm~82mm进行仿真,结果显示疲劳寿命随着包埋位置距离的增加而减少,位置在78mm有更高的疲劳寿命,达到250多万次。设置外展角为0°,前倾角为5°~25°时,其角度在10°有更高的疲劳寿命,达到133多万次。设置前倾角为10°,对比外展角为35°~45°时,发现角度为35°股骨柄假体有较好的疲劳寿命,其疲劳寿命达到一千万次。综上所述,喷丸强化处理可以提升股骨柄的疲劳寿命;经烧结涂层处理的钛合金股骨柄,会使得其寿命降低近20%,但涂层的添加有利于骨生长增加植入后稳定性。包埋位置在78mm时,可以得到较高的疲劳寿命;设置前倾角为10°,外展角为35°时,可以获得更高的疲劳寿命。
其他文献
磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,MRE)是由粘弹性基体和磁性粒子制备而成的一类智能材料。因其具有制备简单,磁流变特性快速可调等特性,在机械、建筑、医疗等领域拥有巨大的应用潜力。为了更好的将MRE应用到实际工程中,对MRE的材料特性进行全面的探究是很有价值的。考虑到MRE材料(器件)在具体工作中,其受到的外部磁场激励是复杂多变的。因此探究MRE材料在恒定和交变
学位
在小学低年级数学课堂中,课堂互动时多是师生之间的一问一答,部分学生不能勇敢、完整、清晰地表达出自己的见解。研究者对小学低年级学生数学表达能力的培养进行研究,探析培养学生用数学语言进行深度表达的策略。
期刊
钛合金激光熔覆是以钛合金为熔覆层材料,激光为高温热源在基体表面加热形成熔池的技术。送粉设备将熔覆层粉末送入熔池中,高温使熔覆层粉末熔融后与基体材料结合,达到冶金结合。该技术具有以下优点:激光熔覆过程产生的熔池具有较高的冷却速率,在熔覆层和基体材料冶金结合的过程中,较高的冷却速率,晶粒更加细小,因此在对基体材料表面进行改性之后可以提高熔覆层的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性;激光熔覆过程中所选用的熔覆层粉末
学位
<正>人类首先明晰了加法,然后基于加法衍生出其他运算:减法是加法的逆运算,乘法是加法的简便运算,除法是减法的简便运算,这样就从数学化的角度得到了四则运算。因此,所有运算都可以化归为加法运算,加法是所有运算的基础与核心。一、加法的意义所有运算始于加法。可以用下面两种方法来解释加法的意义。
期刊
<正>介入治疗技术近年发展迅速[1],应用范围不断拓展,但操作过程中医患所受辐射剂量远大于普通X线检查[2],放射安全相关问题逐渐增多[3]。如何降低辐射剂量对于保障医患身体健康具有重要意义。目前通过增加防护设备减少术中环境辐射剂量的研究较少,且缺乏临床数据支持。本研究在介入治疗过程中将新型医用射线防护毯(以下简称“防护毯”)直接覆盖于患者体表射线主要照射部位,观察其减少环境辐射剂量的效果及对成像
期刊
金刚石具有极高的硬度、良好的导热性、卓越的光学性能、高化学稳定性及良好的生物兼容性等优异性能,使其在精密切削工具、芯片散热、光学器件及生物等领域应用非常广泛。学者研究发现在金刚石表面制作高深宽比的微槽结构可以进一步提升金刚石材料的散热性能。但是由于金刚石极大的硬脆性、耐腐蚀和电绝缘性,所以给传统的机械和化学加工方法带来了巨大的挑战。高能束激光具有极高的能量密度,能够使被加工材料瞬间熔化、汽化甚至升
学位
锂离子二次电池的研究与发展促进了便携式移动设备和交通工具的普及化,研究高能量密度、高安全性能的全固态锂金属电池具有重要发展前景。传统锂离子二次电池采用的有机液态电解质或聚合物电解质,存在泄漏和热不稳定性带来安全隐患,一直是亟待解决的关键问题。在各类固态电解质中,NASICON型固态电解质Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)在室温下具有较高的离子电导率、在大气环境下稳定性好、电化学
学位
在碳达峰,碳中和背景下,具有节能、高效和安全等突出优点的分布式驱动电动汽车(Distributed Drive Electric Vehicle,DDEV)已成为新能源电动汽车发展的重要方向。由于轮毂电机的布置方式恶化了DDEV的操纵稳定性和平顺性,本文分别采用直接横摆力矩控制(Direct Yaw Moment Control,DYC)和主动悬架技术(Active Suspension,AS)改
学位
数学是思维的活动,教师了解学生思维的重要方式之一就是学生的表达.在低年级教学中,学生的认知和理解处在发展阶段,容易出现不理解数学条件和数学问题的情况,思维陷入阻滞.如果学生无法表达这些思维问题,教师的引导和帮助也会无从着手.本文从学生的数学阅读理解入手,让学生在读懂问题的基础上,学会用数学的语言表达自己的想法.
期刊
氧化锆陶瓷凭借其高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性、良好的生物相容性及对信号屏蔽弱的优异性能被广泛应用于生物医疗、电子通信、国防军工等重大科技领域。对这些领域的氧化锆陶瓷产品加工而言,最大的挑战仍然存在于如何实现高效、高质量的加工要求。目前陶瓷产品的加工方式主要是采用光整及磨削加工,而光整加工材料去除率低,磨削加工存在磨削力大、磨削应力大、磨削热高、对工件表面及亚表面损伤大的缺点。铣削加工可以较好的回避上
学位