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一种新型生物植入材料磨损测试装置
  • ISSN号:1007-2861
  • 期刊名称:上海大学学报(自然科学版)
  • 时间:2014
  • 页码:397-403
  • 分类:R318.04[医药卫生—生物医学工程;医药卫生—基础医学]
  • 作者机构:[1]上海大学机电工程与自动化学院,上海200072, [2]西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,西安710049, [3]利兹大学机械工程学院,英国利兹LS29JT
  • 相关基金:国家自然科学基金(51205241); 教育部博士点基金(20123108120008)资助
  • 相关项目:硬相人工关节生物摩擦声学及其减摩消声方法研究
作者: 华子恺|
中文摘要:

目的针对陶瓷人工髋关节置换术后患者出现的临床异响问题,探究异响产生的机制。方法建立全骨盆-陶瓷人工髋关节假体-股骨系统的有限元模型,对其进行摩擦耦合下的复特征值分析,研究其在摩擦力作用下的动态响应;分析假体组件的振动特性,并通过对比组件和系统的模态振型,探究引起异响产生的振源。结果随着摩擦系数的增加,假体系统发生了模态耦合,并产生了不稳定模态。不稳定模态振型主要表现为股骨组件的弯曲和扭转振动,同时在股骨组件的模态分析结果中存在频率与振型都与之相近的模态。另外,频率为1250 Hz、2400 Hz和3930 Hz左右的不稳定模态具有较大的负模态阻尼比。股骨组件在不稳定模态频率1250 Hz和2400 Hz左右的弯曲共振和3930 Hz左右的扭转共振是假体系统自激振动的振源。结论模态耦合是摩擦引起假体系统自激振动的可能机制。骨盆也参与了噪声的辐射,同时也是假体系统产生不稳定模态的因素之一。

英文摘要:

Objective Aiming at solving the problem of clinical squeaking,the mechanism of clinical squeaking in ceramic-on-ceramic total hip arthoplasty( THA) is explored. Methods A finite element model containing human pelvis,ceramic hip endoprosthesis and a femur is established. Dynamic responses of the system under friction are recorded by the complex eigenvalue method. Then the cause of squeaking is investigated by comparing the vibration characteristics of the components. Results Increase in friction coefficient leads to mode couplings and gives rise to unstable modes of the prosthesis system. The bending and torsional vibration of the femoral component mainly contributes to the unstable mode shapes of the system.Similar mode shapes are found in modal analysis of the femoral component,and the corresponding frequencies are similar as well. In addition,the unstable modes at frequency of about 1250 Hz,2400 Hz and 3930 Hz have larger damping ratio. The femoral component reveals two bending resonances around the unstable modal frequency of 1250 Hz and 2400 Hz,and a torsional resonance around unstable modal frequency of 3930 Hz, which are the sources of the self-excited vibration of the ceramic hip endoprosthesis system. Conclusions Mode coupling maybe the candidate mechanism of self-excited oscillation of the prosthesis system. Pelvis is involved in the noise emitting and causes unstable modes of the system as well.

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期刊信息
  • 《上海大学学报:自然科学版》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:上海市教育委员会
  • 主办单位:上海大学
  • 主编:孙晋良
  • 地址:上海市宝山区上大路99号126信箱
  • 邮编:200444
  • 邮箱:xuebao@mail.shu.edu.cn
  • 电话:021-66135508
  • 国际标准刊号:ISSN:1007-2861
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1718/N
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 1996年获得第二届上海市优秀科技期刊二等奖,1999年获得上海市高等学校优秀自然科学学报二等奖,1999年获得全国优秀高校自然科学学报及教育部优秀...,2000年获得《CAJ-CD规范》执行优秀奖,2004年获得全国高校优秀科技期刊二等奖,2004年和2006年获上海市科技期刊编校质量优秀奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,美国剑桥科学文摘,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:6234