روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
14,500 تومانشناسه فایل: 4177
مقدمه مقاله
آزمایشات سایش مفاصل مصنوعی و مواد آنها، زمانبر هستند، چرا که انتظار می رود ایمپلنت ها برای چند دهه، بدون مشکل کار کنند. این آزمایشات نمی توانند با افزایش سرعت لغزش به یک سطح غیر فیزیولوژی، که بسیار بالاتر از 50 mm/s است، تسریع شوند؛ چرا که سرعت بیش از حد ،بسته به هندسه تماس، به احتمال زیاد منجر به حرارت دهی بیش از حد یا شکل گیری فیلم سیال غیر واقعی خواهد شد. در هردو مورد، شبیه سازی سایش تحریف شده است.
برای شبیه سازی آزمایشگاهی مکانیسم سایش بالینی مفصل مصنوعی، حرکت نسبی چند جهته و روان کننده بر پایه سرم به عنوان پیش نیازهای مطلق شناخته شده اند. نسبت وضعی بالاتر مسیر لغزش در حرکت چرخه ای، کمتر از فاکتور سایش UHMWPE معمولی است. (Saikko et al., 2004) .
در حرکت رفت و برگشتی (دو سویه) یا تقابل خطی، فاکتور سایش می تواند در مقایسه با مشاهدات بالینی، دو تا سه مرتبه کمتر باشد. ترجمه دایره ای (نسبت وضعی واحد)، در موردی که مسیر لغزش نسبت به نمونه آزمایشی UHMWPE، با یک سرعت زاویه ای ثابت، معمولا یک دوران در ثانیه،دوران می کند، حداکثر فاکتور سایش را ایجاد می کند که مقدار آن با یافته های آزمایشگاهی مطابقت می کند. ترجمه دایره ای دستگاه پین روی دیسک (CTPOD)، یک اصلاح مسطح روی مسطح (flat-on-flat) از شبیه ساز مفصل ران حرکت نوسانی دو محوره ایست (BRM) که به طور گسترده استفاده شده است . در اغلب BRM ها، محیط مسیر لغزش توسط برداز نیروی حاصل 2πrsin23 است که در آن، r شعاع سر استخوان است.
زاویه محور کج 23 درجه است. مشخص شده است که در یک شبیه ساز BRM، با زاویه کمتر محور مایل 11.5 درجه، (محیط مسیر نیرو 2πrsin11.5 بود)نرخ سایشی که با mg/106 بیان می شود، به محیط مسیر نیرو غیر حساس بود. این واقعیت که در هر ثانیه بردار اصطکاک یک چرخش نسبت به کاپ(فنجان) UHMWPE داشت، عامل تعیین کننده بود. به عبارت دیگر، به نظر می رسد که تا زمانی که مسیر نیرو دایره ای است، نرخ سایش (mg/106 چرخه) به قطر مسیر وابسته نیست.
نتیجه ای مشابه قبلا توسط وانگ و همکارانش (2013)منتشر شده بود. یک گردش، نشان دهنده یک چرخه در نظر گرفته شده است. تعداد چرخه ها برای تعیین جدایش از سطح ماکروسکوپی بر اثر فرسودگی، در نظر گرفته می شوند. در دستگاه CTPOD قطر مسیر لغزش 10 میلی متر است.
به منظور تسریع آزمایش سایش، فرض شده است که قطر شیار در دستگاه CTPOD می تواند کاهش و متناظر با آن فرکانس چرخه افزایش یابد و همچنان مکانیسم سایش واقعی بماند ، همانطور که سرعت لغزش افزایش نیافته است. این مسئله به حرکت آهسته دیگری نیاز دارد تا روانکاری را حفظ کند و خرده های سایشی را از تماس دور کند. یک دستگاه ترجمه دایره ای فرکانس بالای دو حرکتی، سه مرحله ای پین روی دیسک (HF-CTPOD) با فرکانس نسبی 25.3 هرتز و سرعت لغزش متوسط 27.4 mm/s طراحی شد. در CTPOD ایجاد شده، آزمایش سه میلیون چرخه ای، 6 هفته به طول می انجامد، در حالیکه در HF-CTPOD ، سه روز می تواند زمان مناسبی برای تست باشد، زبرا این دستگاه در هر 24 ساعت 2.2 میلیون چرخه تولید می کند.
ABSTRACT High frequency circular translation pin-on-disk method for accelerated wear testing of ultrahigh molecular weight polyethylene as a bearing material in total hip arthroplasty
The temporal change of the direction of sliding relative to the ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) component of prosthetic joints is known to be of crucial importance with respect to wear. One complete revolution of the resultant friction vector is commonly called a wear cycle. It was hypothesized that in order to accelerate the wear test, the cycle frequency may be substantially increased if the circumference of the slide track is reduced in proportion, and still the wear mechanisms remain realistic and no overheating takes place. This requires an additional slow motion mechanism with which the lubrication of the contact is maintained and wear particles are conveyed away from the contact. A three-station, dual motion high frequency circular translation pin-on-disk (HF-CTPOD) device with a relative cycle frequency of 25.3 Hz and an average sliding velocity of 27.4 mm/s was designed. The pins circularly translated at high frequency (1.0 mm per cycle, 24.8 Hz, clockwise), and the disks at low frequency (31.4 mm per cycle, 0.5 Hz, counter-clockwise). In a 22 million cycle (10 day) test, the wear rate of conventional gamma-sterilized UHMWPE pins against polished CoCr disks in diluted serum was 1.8 mg per 24 h, which was six times higher than that in the established 1 Hz CTPOD device. The wear mechanisms were similar. Burnishing of the pin was the predominant feature. No overheating took place. With the dual motion HF-CTPOD method, the wear testing of UHMWPE as a bearing material in total hip arthroplasty can be substantially accelerated without concerns of the validity of the wear simulation.
Introduction
Wear tests of prosthetic joints and of their materials are time consuming, because the implants are expected to perform without major problems for decades. The tests cannot be accelerated by increasing the sliding velocity to an unphysiological level, that is, much above 50 mm/s, since excessive velocity is likely to result either in overheating or in the formation of an unrealistic fluid film, depending on the geometry of the contact. In both cases, the wear simulation is distorted.
For the laboratory simulation of clinical wear mechanisms of prosthetic joints, the multidirectionality of the relative motion and a serum-based lubricant are known to be absolute prerequisites (Bragdon et al., 1996; Gevaert et al., 2005; Hua et al., 2014; Joyce et al., 2000; Rieker et al., 2002; Saikko, 1998; Saikko and Kostamo, 2011; Sawae et al., 2008; Scholes and Joyce, 2013; Wang et al., 1996). The higher the aspect ratio of the slide track in cyclic factor. In other words, it appears that as long as the force track is circular, the wear rate (mg/106 cycles) is insensitive to the track diameter. A similar result was later published by Wang et al. (2013). One revolution is considered to represent one wear cycle.
The number of cycles is assumed to determine the detachment of the microscopic surface asperities by fatigue. In the CTPOD device the diameter of the slide track is 10.0 mm. It was hypothesized that in order to accelerate the wear test, the diameter of the track in a CTPOD device can be substantially reduced, and the cycle frequency correspondingly increased, and still the wear mechanisms remain realistic, as the sliding velocity is not increased.
This requires another, slow motion to maintain the lubrication and to convey the wear debris away from the contact. A three-station, dual motion high frequency circular translation pin-on-disk (HF-CTPOD) device with a relative frequency of 25.3 Hz and average sliding velocity of 27.4 mm/s was designed. In the established CTPOD, one test of three million cycles takes six weeks (Saikko, 2005), whereas in the HF-CTPOD, three days may be sufficient as a test length, as the device produces 2.2 million cycles in 24 h.
- مقاله درمورد روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
- پروژه دانشجویی روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
- روش ترجمه دایره ای فرکانس پین بر دیسک جهت بررسی دوام پلی اتیلن های در تعویض مفصل ران
- پایان نامه در مورد روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
- تحقیق درباره روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
- مقاله دانشجویی روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
- روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
- گزارش سمینار در مورد روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران
- گزارش کارورزی درباره روش ترجمه دایره وار فرکانس پین-بر-دیسک جهت آزمایش مقاومت پلی اتیلن در تعویض مفصل ران