Моделирование бионически адекватных антифрикционного и соединительного слоев эндопротеза сустава

Сотрудниками Института механики металло-полимерных систем НАН Беларуси и лаборатории механики полимерных композиционных материалов (ЛМПКМ) ИФПМ СО РАН проведено моделирование бионически адекватных антифрикционного и соединительного слоев эндопротеза сустава.

Для этого выполнен анализ напряженно-деформированное состояние антифрикционного и соединительного слоев эндопротеза сустава, имитирующих их биологические прототипы: суставной хрящ и соединительную ткань между суставом и костью. Соответствующая задача теории упругости рассмотрена в пространственной постановке в предположении о макроскопической однородности, трансверсальной изотропии и малой толщины указанных функциональных слоев в сравнении с характерным размером зоны действия поверхностных нагрузок.

Общее решение для произвольных граничных условий получено в виде ряда по степеням малого параметра, равного отношению толщины слоя к радиусу зоны контакта. Полученное решение обеспечивает более точные расчетные оценки параметров напряженно-деформированного состояния (рис. 1), чем известные модели упругих оснований Вин-клера и Пастернака.

Дано обобщение разработанных микромеханических моделей для описания деформирования градиентных приповерхностных слоев полимерного эндопротеза сустава.

Рис. 1. Зависимость относительного значения максимального сдвигового напряжения (а) и относительного значения максимального по глубине осевого напряжения (б) от параметра толщины слоя из трансверсально-изотропного (сплошная кривая) и изотропного (пунктир) материала.

Работа выполнена к.т.н. С. В. Шилько, к.т.н. Д. А. Чернусом и д.т.н С. В. Паниным в рамках при финансовой поддержке БРФФИ-РФФИ (проекты № 20-58-00032 (Т20Р-223) и Т21ЭT-016), а также государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0010.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Mesomechanics (Q2 Scopus).

Источник: ИФПМ СО РАН.