Analiza rozkładu naprężeń oraz rozwoju i propagacji pęknięcia poli(metakrylanu metylu) po użytkowaniu w organizmie ludzkim

• Autorzy: Szarek A. , Kwiatkowski D.

Warianty tytułu

EN

Analysis of stress distribution and crack development and propagation of poly(methyl methacrylate) after the use in human body

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy podjęto próbę określenia czynników wpływających na destrukcję poli(metakrylanu metylu) używanego do osadzania endoprotez stawu biodrowego w kości. Materiał badawczy miał postać elementów endoprotez usuniętych z organizmu ludzkiego. Przeprowadzono obliczenia numeryczne, które obejmowały analizę rozkładu naprężeń w warstwie cementu kostnego, spajającej protezę z kością, oraz w pobliżu wierzchołka pęknięcia (rysy) zmęczeniowego powstającego podczas trójpunktowego zginania próbki SENB, wykonanej z cementu kostnego na osnowie PMMA. Dokonano również analizy rozwoju i propagacji pękania tego tworzywa polimerowego. W obliczeniach MES zastosowano narzędzia numeryczne ABAQUS/Standard oraz ADINA System, mających nowoczesne procedury obliczeniowe w tym zakresie. Obliczenia numeryczne prowadzono z uwzględnieniem danych doświadczalnych określających warunki inicjacji procesu pękania cementu kostnego. Wyniki obliczeń numerycznych porównano z rezultatami uzyskanymi z badań doświadczalnych.

EN

This work is an attempt to determine the factors which affect the destruction of poly(methyl methacrylate) used for the fixation of hip joint endoprosthesis to the bone. The experimental material used in the study consisted of the components of the prostheses removed from human body. The numerical calculations involving the analysis of stress distribution in the layer of the bone cement, connecting the prosthesis to the bone, and near the peak (scratch) of the fatigue pre-crack formed during the three-point bending of a SENB sample made from the bone cement with PMMA matrix. An analysis of the development and propagation of cracking in the polymer material was also conducted. The MES computations were performed by means of numerical tools, such as ABAQUS/Standard and ADINA System with the dedicated modern computational procedures. The numerical calculations were carried out taking into account the empirical data describing the conditions of initiation of bone cement cracking process. The results were verified by the data obtained from empirical investigations.

Słowa kluczowe

PL

PMMA; obluzowanie aseptyczne; stan naprężeń; propagacja pęknięcia

EN

PMMA; aseptic loosening; state of stresses; crack propagation

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 57, nr 10
• Strony: 740--746
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys.

Twórcy

autor

Szarek A.

autor

Kwiatkowski D.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Technologii Mechanicznych, Zakład Inżynierii Biomedycznej i Obróbki Plastycznej, Armii Krajowej 21, 42-201 Częstochowa,

Bibliografia

• 1. Han J., Ma G., Nie J.: Mater. Sci. Eng. 2011, C 31, 1278.
• 2. Liacouras P. C.,Owen J. R., JiranekW. A.,Wayne J. S.: J. Arthroplast 2006, 21 (4), 606.
• 3. Ni G. X., Chiu K. Y., LuW.W.,Wang Y., Zhang Y. G., Hao L. B., Li Z. Y., Lam W. M., Lu S. B., Luk K. D. K.: Biomaterials 2006, 27, 4348.
• 4. MaW., Zhang J.,Wang X.,Wang S.: Appl. Surf. Sci. 2007, 253, 8377.
• 5. Nien Y. H., Huang C.: Mater. Sci. Eng. 2010, B 169, 134.
• 6. Makita M. i inni: Radiat. Med. 2008, 26, 533.
• 7. Davison K. S. i inni: „Bone strength: the whole is greater than the sum of its parts”, Elsevier Inc. 2006. All rights reserved. doi:10.1016/j.semarthrit.2006.04.002
• 8. Nakayama H., Takakuda K. i inni: Calcif. Tissue Int. 2010, 86, 172.
• 9. Hansen C. L., McQueen D. A., Friis E. A., Cooke F. W., Widenhouse C. W.: J. Arthroplast 2008, 23 (2), 279.
• 10. Waanders D., Dennis J. D., Mann K. A., Verdonschot N.: J. Biomech. 2010, 43, 3028.
• 11. Walker G. M., Daly C., Dunne N. J., Orr J. F.: Chem. Eng. J. 2008, 139, 489.
• 12. Stark J.: Cement Concrete Res. 2011, 41, 666.
• 13. Mootanah R., Lamvohee S., Dowell J.: J. Biomech. 2008, 41(S1), S233.
• 14. Naoki T. i inni: Biomaterials 2009, 30, 3378.
• 15. Mark A. i inni: J. Arthroplast 2007, 22 (1), 109.
• 16. Afsharpoya B.: Med. Eng. Phys. 2009, 31, 1323.
• 17. Tanner K. E. i inni: Acta Biomaterialia 2010, 6, 943.
• 18. Kerboull M.: Interact. Surg. 2007, 2, 190.
• 19. Ormsby R.: CARBON 2011, 49, 2893.
• 20. Abaqus Theory Manual version 5.8, Hibbit, Karlsson & Sorensen, 1998.
• 21. Abaqus/Standard User’s Manual version 6.5, Hibbit, Karlsson & Sorensen, 2005.
• 22. Syfried A., Rępała K., Wit A.: Biol. Sport 1998, 15, supl. 8.
• 23. PN-91/H-04360.
• 24. Nia G. X., Choy Y. S., Lu W. W., Ngan A. H. W., Chiu K. Y., Lia Z. Y., Tang B., Luk K. D. K.: Biomaterials 2006, 27, 1963.
• 25. Lennon A. B., Prendergast P. J.: J. Biomech. 2002, 35, 311.
• 26. Postawa P., Szarek A.: J. Achiev. Mater. Manuf. Eng. 2007, 23 (1), 35.
• 27. Szarek A., Postawa P.: Kompozyty 2010, 10 (1), 46.
• 28. ADINA: Theory and Modeling Guide, Adina R & D, INC, 1997.
• 29. Maquet P. G. J.: „Biomechanics of the hip”, Berlin 1985.