Моделирование влияния силы, действующей на сустав, и контурной площади на электрическое сопротивление
Так как контурная площадь имеет достаточно широкий диапазон значений, то целесообразнее рассматривать контурную площадь при минимальной и максимальной нагрузке, где, в одном случае, контурная площадь с десятками мм2 при 100 Н позволяет детальнее отслеживать при вращении чашки наличие локальных дефектов на поверхности контакта, например, по среднему контактному сопротивлению и СКО, а в другом случае, при 1000 Н и контурной площадью до тысячи мм2информативнее решать задачи диагностирования состояния трибосопряжения в условиях, приближенных к реальным, работы естественного 89
сустава.
На рисунке 2.14 представлен разброс значений контурной площади для эндопротеза с локальными дефектами в порядке увеличения допускаемых отклонений.
а) - огранка высокого порядка; b) - отклонение от сферичности;
с) - отклонение от круглости
Рисунок 2.14 - Разброс контурной площади, образованной локальными дефектами
Так как нагрузка на тазобедренный сустав человека носит циклический характер (подраздел 1.1.2), то при моделировании поведения электрического сопротивления зоны взаимодействия компонентов головки и чашки эндопротеза в динамике будут являться основополагающими следующие параметры: сила F, действующая на эндопротез, и номинальная площадь контакта, изменяющаяся под воздействием таких факторов, как силы, вращения чашки, деформации компонентов, учитывающихся в программной среде ANSYS. Исследование поведения контактного электрического сопротивления эндопротеза тазобедренного сустава с парой трения «металл-металл» проведено для параметров моделирования, указанных в таблице 2.12, которые выбраны с целью дальнейшего сопоставления теоретического контактного электрического сопротивления с экспериментальными данными. Учитывая, что реальная поверхность имплантата имеет случайный характер распределения шероховатостей и локальных дефектов, то моделирование контактного сопротивления трибосопряжения проведено для
крайних значений контурной площади, образованной минимальными и максимальными отклонениями от круглости (таблица 2.6) и зависящей от амплитуды нагрузки, действующей на сустав.
Таблица 2.12 - Параметры моделирования контактного электрического
сопротивления
| N | F,Н | Значение силы | Функция распределения Ac | Стандартное отклонение распределения |
| 1001 | 100 | F + 20 ∙ Sin (2 ∙π∙ 10 ∙ x) | Нормальное распределение | 0,5 |
| 1000 |
Результаты моделирования контактного электрического сопротивления для имплантата с максимальными и минимальными отклонениями от круглости представлены в таблице 2.13.
Продолжение таблицы 2.13
при минимальном дефекте (таблица 2.6)
1 - без дефекта; 2 - огранка; отклонение от: 3 - сферичности; 4 - круглости
В таблицах 2.14, 2.15 приведены значения основных математических статистических параметров моделируемых сопротивлений для разной степени отклонений от формы при крайних значениях приложения силы на эндопротез тазобедренного сустава с парой трения «металл-металл».
Таблица 2.14 - Статистические параметры при максимальном значении
дефекта
| Параметр | Без дефекта | Огранка, 1000 мкм | Отклонение от сферичности, 200 мкм | Отклонение от круглости, 400 мкм |
| F,Н | 100 | |||
| μ,Ом | 0,12 | 0,26 | 0,1 | 0,03 |
| σ2, Ом2 | 1,9 · 10 ^4 | 1,8 · 10 ^3 | 1,4 · 10 ~4 | 5,1 · 10 ~6 |
| σ,Ом | 1,4 · 10^2 | 4,3 · 10^2 | 1,2 · 10 ^2 | 2,3 · 10^3 |
| F,Н | 1000 | |||
| μ, Ом | 5,1 · 10 ’3 | 1,2 · 10^2 | 8,2 · 10 ^3 | 6,3 · 10^3 |
| σ2, Ом2 | 3,7 · 10 “10 | 4,2 · 10^9 | 1,6 · 10 ~9 | 7,1 · 10’10 |
| σ, Ом | 1,9 · 10 ’5 | 6,5 · 10’5 | 3,9 · 10 ^5 | 2,7 · 10^5 |
Таблица 2.15 - Статистические параметры при минимальном значении дефекта
| Параметр | Без дефекта | Огранка, 100 мкм | Отклонение от сферичности, 50 мкм | Отклонение от круглости, 60 мкм |
| F,Н | 100 | |||
| д, Ом | 1,2 · 10^1 | 1,3 · 10^1 | 5,2 · 10 ^2 | 1 · 10^1 |
| σ2, Ом2 | 1,8 · 10^4 | 2,6 · 10’4 | 1,9 · 10~5 | 2,3 · 10^4 |
| σ,Ом | 1,4 · 10^2 | 1,6 · 10’2 | 4,3 · 10^3 | 1,5 · 10’2 |
| F,Н | 1000 | |||
| д, Ом | 5,1 · 10 ’3 | 7 ·10’3 | 6,1 · 10 ’3 | 1,1 · 10 ’2 |
| σ2, Ом2 | 3,5 · 10^10 | 9,2 · 10^10 | 6,1 ·10’10 | 3,3 · 10^9 |
| σ, Ом | 1,9 · 10 ’5 | 3 · 10’5 | 2,5 · 10’5 | 5,7 · 10’5 |
Проведенные теоретические исследования показали, что электрическое сопротивление чувствительно к контурной площади контакта (таблица 2.13). Данное наблюдение также потверждается дисперсией (размах мощностей относительно амплитуд), которая детализируется на графиках в виде скачков, в то время, как среднее значение вносит менее информативный вклад при изменении контурной площади от нагрузки.
2.4.3
Еще по теме Моделирование влияния силы, действующей на сустав, и контурной площади на электрическое сопротивление:
- Моделирование в совокупности влияния силы, действующей на сустав, контурной площади и шероховатости поверхностей на электрическое сопротивление
- Моделирование влияния силы, действующей на сустав, и шероховатости поверхностей на электрическое сопротивление
- Моделирование контурной площади трибосопряжения, состоящего из сферических тел
- Моделирование влияния параметров, формирующих электрическое сопротивление контактирующих компонентов эндопротеза тазобедренного сустава с парой трения «металл-металл»
- Моделирование и исследование электрического сопротивления трибосопряжения эндопротеза с парой трения «металл-металл» при изменении влияющих факторов
- Экспериментальные исследования контурной площади контакта трибосопряжения, состоящего из сферических тел
- Болезнетворное действие электрического тока
- Действие электрического тока
- Действие электрического тока. Электротравма
- Повреждающее действие электрического тока
- Действие электрического тока на организм человека
- 3.3. Координационные органы, постоянно действующие органы, органы повседневного управления, силы и средства.
- Антропометрическая модель и исследование распределения нагрузки на тазобедренный сустав
- Отклик изменения сопротивления от наличия дефекта поверхности
- Отклик изменения сопротивления на наличие артефактов поверхностей
- Способы определения площади ожогов
- Интерпретация сопротивления.
- Площадь митрального отверстия и способы ее измерения.