Systems. Methods. Technologies 4(36) 2017

Systems Methods Technologies. V.Yu. Skeeba et al. Mode of deformation … 2017 № 4 (36) p. 93-102 96 тов конструкций КС ( табл . 1). Программными средст - вами CAD системы SolidWorks были подготовлены сборки возможных комбинаций конструкций эндопро - теза КС . В графическом модуле DesignModeler прове - дена конвертация геометрических данных и доработа - ны указанные твердотельные модели под формат ко - нечно - элементного комплекса ANSYS. На основе ана - лиза работ [22–25] для проведения конечно - элементного моделирования были выбраны следующие модели поведения конструкции : Transient Structural ( нестационарный структурный анализ ), Static Structural ( статический прочностной анализ ) и Explicit Dynamics ( явной динамики ). Рис . 5. Вариант комбинации сборки эндопротеза коленного сустава Ф 0 П 0 Т 0 ( аналог конструкции фирмы Zimmer) При моделировании использовалась модель изо - тропного поведения тел (Isotropic Elasticity), поскольку данные свойства проявляют все конструкционные ма - териалы , рассматривающиеся в данном проекте и при - меняемые для изготовления элементов КС . На основании данных [26–34], приведенных в табл . 2, в совокупности с функционалом компонента систе - мы ANSYS Engineering Data была подготовлена база с описанием комплекса физико - механических характе - ристик конструкционных материалов . В конечно - элементной системе ANSYS реализована возможность исследования разрушения , вызванного многоцикловой усталостью . Основной целью расчетов усталостной долговечности ( выносливости ) является определение способности материала сопротивляться многоцикловой усталости . В общем случае расчет вы - носливости выполнялся комбинацией расчета дефор - маций и напряжений . В окне свойств материалов , в разделе Life, выбраны соответствующие модели (Alternating Stress Mean Stress и Strain-Life Parameters) и заданы усталостные характеристики материала . После доработки твердотельных моделей конструк - ций КС в графическом модуле DesignModeler осущест - вляется импорт сборок в формате ANSYS. В дереве математической модели каждому компоненту КС ( фе - моральному , тибиальному или проставке ) назначается ( присваивается ) соответствующий материал из базы данных . Таблица 1 Конструкции компонентов протеза коленного сустава Компонент Конструкция Код компонента Феморальный ( бедренный ) Цельная ( аналог Zimmer) Материал основы : 1) CoCr28Mo6 ; 2) Ti Ф 0 Феморальный ( бедренный ) Составная Материал основы — Ti ; Материал вставок — Керамика ( 1) – Al 2 O 3 ; 2) – ZTA ) Ф 1 Феморальный ( бедренный ) Составная * Материал основы — Ti ; Материал вставок — СВМП ( полимер ) * Конструкция с замком Ф 2 Проставка Цельная ( аналог Zimmer) Материал — СВМП ( по - лимер ) П 0 Проставка Цельная Материал основы — Керамика ( 1) — Al 2 O 3 ; 2) — ZTA ) П 1 Проставка Составная Материал основы — Керамика ( 1) — Al 2 O 3 ; 2) — ZTA ) П 2 Тибиальный ( большеберцовый ) Цельная ( аналог Zimmer) Материал основы — Ti Т 0 Тибиальный ( большеберцовый ) Цельная * Материал основы – Ti * Конструкция под цельное керамическое плато Т 1 Тибиальный ( большеберцовый ) Цельная * Материал основы — Ti * Конструкция под составное керамическое плато Т 2 В расчетной модели КС , в разделе Connections, в общем случае выделены и обозначены следующие кон - тактные поверхности : 1. Неподвижный контакт (Bonded) — область со - пряжения тибиального компонента с проставкой ; 2. Фрикционный / скользящий контакт (Frictional) — поверхности сопряжения феморального компонента и вкладыша . Формирование конечно - элементной сетки ( рис . 6) выполнялось со следующими параметрами : метод раз - биения на конечные элементы ( КЭ ) — комбинирование тетрагональной ( Tetrahedrons ) и гексагональной ( Hex Dominant ) сеток ; размер КЭ ( Element Size ) основного объема модели — 1,4 мм ; размер КЭ , потенциально находящихся в зоне фрикционного контакта — 0.2 мм ; параметры сгущения сетки к зоне контакта ( Inflation ): максимальное количество слоев сгущения — 5, инкре - мент роста ( Growth Rate ) — 1,2.