Analiza numeryczna naprężeń w cienkich diamentopodobnych powłokach węglowych DLC wykorzystanych w endoprotezach stawu biodrowego

• Autorzy: Rońda J. , Wojnarowski P. , Wantuch E. , Rajchel B.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of stress in diamond-like carbon DLC coatings used in hip joint endoprosthesis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy jest określenie wpływu naniesienia powłok DLC na wartości naprężeń występujących w panewce wykonanej z polietylenu o ultrawysokim ciężarze molekularnym (UHMWPE). W tym celu posłużono się modelem numerycznym łączącym metodę elementów skończonych (MES) oraz automaty komórkowe (CA) pozwalające na odwzorowanie skomplikowanego kształtu powierzchni granicy między warstwami. W pracy przedstawiono wyniki w postaci mapy naprężeń dla poszczególnych warstw. Zaobserwowano również wpływ naniesienia powłoki DLC na maksymalne wartości naprężeń otrzymanych na podłożu polietylenowym.

EN

The aim of the present study was to determine the effect of the applied DLC coatings on the value of stress in the acetabular cup made of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). For this purpose, a numerical model that combines the finite element method (FEM) and the method of cellular automata (CA) have been used. It allows mapping of complex surface shape of the inter-layer boundary. The paper presents results obtained in the form of a map of stress drawn for each layer. The effect of the applied DLC coating on the stress values obtained in polyethylene substrate has been also observed.

Słowa kluczowe

PL

diamentopodobne powłoki węglowe DLC; modelowanie numeryczne; koncentracja naprężeń; cyfrowa reprezentacja materiału DMR

EN

diamond-like carbon (DLC); numerical modelling; stress concentration; digital representation of material DMR

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 1
• Strony: 39--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rońda J.

autor

Wojnarowski P.

autor

Wantuch E.

autor

Rajchel B.

• Akademia-Górniczo-Hutnicza, Kraków

Bibliografia

• [1] Biel-Gołaska M., Kalemba L, Radzikowska J., Warmuzek M., Rajchel B., Rakowski W.: Modyfikacja powierzchni tytanu powłoką diamentopodobną, „Inżynieria Biomateriałów:, nr 56-57, 2006, s. 1-11.
• [2] Biel-Gołaska M.: Zastosowanie warstw diamentowych oraz powłok diamentopodobnych na narzędziach medycznych i implantach, „Prace Instytutu Odlewnictwa", Zeszyt 2, 2008, s. 5-18.
• [3] Monaghan D.P., Laing K.C., Logan P.A., Teer P., Teer, D.G.: Diamond-Like Carbon Coatings, "Materials World", Vol. 1 no. 6, 1993, s. 347-349.
• [4] Robertson J.: Diamond-like amorphous carbon, "Materials Science and Engineering", R 37, 2002, s.129-281.
• [5] Gilewicz A., Warcholiński B.: Twarde powłoki ta-C otrzymane metodą impulsowego katodowego odparowania łukowego, „Inżynieria Materiałowa", nr 1, 2010,3.50-53.
• [6] Ronda J., Wojnarowski P.: Zużycie mechaniczne panewki w endoprotezie stawu biodrowego., Prace XXXVIII Szkoły Inżynierii Materiałowej, Materiały konferencyjne, Krynica 2010, s. 390-394.
• [7] Perzyński K., Major Ł., Kopernik M., Madej Ł., Pietrzyk M.: Analysis of the stress distribution in the nanogrid coatings based on digital representation of the structure, "Inżynieria Materiałowa", nr 1, 2009, s. 1-4.
• [8] Malarz K.; Badanie wzrostu powierzchni techniką symulacji komputerowej, Praca doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza, 2000.
• [9] Perzyński K., Major Ł., Madej Ł., Pietrzyk M.: Analysis of the stress concentration in the nanomuItilayer coatings based on digital representation of the structure, "Archives of Metallurgy and Materials", (w druku).
• [10] Reid A. C. E., Lua R. C., Garcia R. E., Coffman V. R., Langer S. A., Modelling microstructures with OOF2, "International Journal of Materials and Product Technology", 35, 2009, s. 361-373.
• [11] Bouzakis K.D., Asimakopoulos A., Batsioloas M., Ene N., Dimofte F., Hnadschuh R, Krantz T.: Characterization of DLC PVD coatings properties on wave bearings of aero-transmissions, "Laboratory for Machine Tools and Manufacturing Engineering", 2008, s. 339-348.
• [12] Ogawa H., Suzuki K., Kaneko S., Nakano Y., Ishikawa Y., Kithara T.: Tensile testing of microfabricated thin films, "Microsystem Technologies", Vol. 3 no. 3, 1997,s. 117-121.