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《青岛科技大学》 2019年
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复合人工髋关节材料生物力学及摩擦学性能研究

张刚  
【摘要】:髋关节病症居于关节发病率首位,每年有许多的病人饱受痛苦的折磨。随着医疗科学技术以及材料科学的发展,人工髋关节的性能可以符合髋关节置换术的各种标准。人们初始使用不锈钢制备髋关节假体,长时间的临床观察反馈一个重要的问题,该类型假体形成很多的金属磨粒会激活噬骨细胞。噬骨细胞不仅会吞噬金属磨粒,还会将假体周围的骨组织分解吸收,导致假体稳定性失效,最后假体置入术失败。经历各种材料的磨损试验和临床试验,陶瓷、高分子材料和金属合金这三种材料满足髋关节对材料特性的要求,人工髋关节主要用此三种材料制作。但是这三种材料都有其优缺点:陶瓷易脆裂、高分子材料不耐磨、金属合金磨粒有一定毒性,针对这些常用材料的缺点,本文设计了一种新型的复合人工髋关节,并对其进行材料性能研究。为了复合人工髋关节满足对材料特性的要求,需要对其材料性能进行研究。一方面做一些生物力学试验,测试其抗拉压强度,保证材料可以承受一定程度的抗拉压;另一方面做一些摩擦学实验,在人体内,无法实时获取人工髋关节表面形貌变化的数据和分析假体接触面的磨损机理。只有在实验室条件下,通过模拟人体髋关节的运动特点和组织液环境,使用人工髋关节模拟实验机测试其摩擦系数,通过扫描电子显微镜观察实验后的材料表面,并对材料表面进行元素分析,解析其摩擦磨损机制,有利于优化材料的摩擦性能。运用有限元软件ABAQUS对材料块进行流固耦合分析,得到材料受压后的形变量、应力应变及其内部液相流动的速度。通过对比材料的生物力学实验数据,运用生物力学分析出现该结果的原因,为复合多层人工髋关节材料性能研究给予了充分的参照。本文设计了一种新型的复合人工髋关节,每层选用性能各异的材料,对其进行了综合性能的研究,通过多种实验研究确保其具有较高的耐摩擦性、较高的强度和较好的稳定性,为髋关节病患带来了性能优异的人工髋关节。
【学位授予单位】:青岛科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:R318.08

【参考文献】
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