Systems. Methods. Technologies 4(36) 2017

Systems Methods Technologies. V.Yu. Skeeba et al. Mode of deformation … 2017 № 4 (36) p. 93-102 98 Рис . 7. Ограничение степеней свободы в расчетной модели коленного сустава варианта сборки Ф 0 П 0 Т 0 эндопротеза коленного сустава : а — без большеберцовой кости ; б — с большеберцовой костью Предлагаемое изменение материала основы для фе - морального компонента ( замена сплава CoCr28Mo6 на Ti-Al-V) не ухудшает прочностных свойств как самого компонента , так и эндопротеза в целом . Поскольку , как известно [35–40], сплав Ti-Al-V обладает лучшими ха - рактеристика биосовместимости с организмом челове - ка , чем сплав CoCr28Mo6, указанное изменение счита - ется оправданным и в дальнейших математических моделях в качестве металлической матрицы для фемо - рального компонента будет рассматриваться и назна - чаться только сплав Ti-Al-V. В результате моделирования установлено , что в ус - ловиях многоциклового усталостного воздействия ва - рианты конструкций КС Ф 1 П 1 Т 1, Ф 1 П 2 Т 2 и Ф 2 П 1 Т 1 показали неудовлетворительные результаты , поскольку уровень действующих напряжений в элементах указан - ных сборок достигает , а в некоторых случаях превыша - ет предельные значения для материалов . Вследствие этого минимальное значение коэффициентов запаса по усталостной прочности становится меньше единицы : 1) Ф 1 П 1 Т 1 — минимальные значения коэффициен - та запаса по усталостной прочности равны соответст - венно 0.93 ( керамические вставки феморального ком - понента ) и 0.2 ( керамическая проставка ); 2) Ф 1 П 2 Т 2 — минимальное значение коэффициента запаса по усталостной прочности равно 0.93 ( слабое звено — керамические вставки феморального компо - нента ); 3) Ф 2 П 1 Т 1 — минимальное значение коэффициента запаса по усталостной прочности равно 0.2 ( слабое звено — керамическая проставка ). Таким образом , результаты моделирования под - тверждают , что данные конструкции эндопротеза КС не выдерживают нагрузки в течение требуемого ресур - са работы протеза . В результате моделирования напряженно - деформи - рованного состояния эндопротеза КС ( вариант сборки Ф 1 П 0 Т 0) были получены следующие результаты : 1. Полная деформация конструкции : 1.12 мм , при этом относительная ( эквивалентная ) деформация в за - висимости от компонента находится в интервале от 0.001 до 0.086. 2. Эквивалентные напряжения , действующие в фемо - ральном компоненте — 345 МПа ; в керамических встав - ках феморального компонента — 494 МПа ; в проставке — 24 МПа ; в тибиальном компоненте — 118 МПа . 3. Коэффициент запаса по усталостной прочности : феморальный компонент — 1.05; керамические вставки феморального компонента — 0.96; проставка — 1.3; тибиальный компонент — 6,77. Судя по результатам моделирования , требуемый ре - сурс работы протеза КС не обеспечен конструкцией зам - ков керамических вставок феморального компонента . Требуется доработка системы закрепления керамических вставок в бедренный компонент эндопротеза КС . Повышение надежности фиксации керамических вставок в пазах феморального компонента возможно за счет применения PRESS FIT посадки , обеспечивающей компенсацию погрешностей размеров и формы сопря - гаемых деталей за счет пластической деформации , спе - циально оформленной на боковых поверхностях пазов титанового каркаса . Результаты моделирования показа - ли , что данное конструктивное решение позволяет ис - ключить опасные места концентрации напряжений , до - ведя их уровень до безопасных значений : в фемораль - ном компоненте — 307 МПа ; в керамических вставках феморального компонента — 389 МПа ; в проставке — 24 МПа ; в тибиальном компоненте — 118 МПа . При этом коэффициент запаса по усталостной прочности составляет : феморальный компонент — 1.15; керамиче - ские вставки феморального компонента — 1.1; простав - ка — 1.3; тибиальный компонент — 6,77. В результате моделирования напряженно - дефор - мированного состояния эндопротеза КС ( вариант сборки Ф 2 П 2 Т 2 ( рис . 8)) были получены следующие результаты : 1. Полная деформация конструкции — 1.749 мм ( рис . 9). 2. Эквивалентные напряжения ( рис . 10), действующие : – в феморальном компоненте — 280 МПа ; – в полимерных вставках феморального компонента — 24,6 МПа ; – в керамических вкладышах составной проставки — 152 МПа ; – в тибиальном компоненте — 203 МПа . 3. Коэффициент запаса по усталостной прочности ( рис . 11): – феморальный компонент — 4.2; – полимерные вставки феморального компонента — 1,2; – керамические вкладыши составной проставки — 3.1; – тибиальный компонент — 2.7. Таким образом , результаты моделирования показы - вают , что данная конструкция эндопротеза коленного сустава выдерживает нагрузки в течение требуемого ресурса работы протеза . а б