骨科植入材料生物摩擦学测试方法研究

发布时间：2017-05-01 18:10

  本文关键词：骨科植入材料生物摩擦学测试方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磨损是影响人工关节、脊椎假体等骨科植入物长期服役性能的关键因素。因此,在骨科植入物的研发中,需要对其磨损性能进行体外评价,以此预判其在植入人体后的磨损情况。该类测试在欧美发达国家已成为衡量骨科植入物性能的强制检测项目。对于骨科植入材料而言,科学合理的实验方法有利于掌握材料的磨损机制,了解材料设计参数、服役环境等对磨损性能造成的影响,并能排除假体设计与制造误差、装配误差等不确定因素造成的影响。此外,由于植入物成品级磨损测试所用的装置结构复杂、测试耗材成本高、测试周期长,从而增加了产品的开发周期与成本,因此,对于骨科植入材料的开发与改良而言,一种科学合理的材料级磨损性能测试方法具有实际意义与研究价值。本论文针对骨科植入物的材料级摩擦磨损测试问题,设计开发了专用型摩擦磨损测试装置;实验研究了人工关节类植入物材料的磨损测试方法;分析了不同运动轨迹对于植入物材料的磨损影响。主要研究内容包括:(1)针对骨科植入物材料磨损测试的特点及要求,结合人工关节类植入物的临床磨损情况,设计开发了一台运动轨迹可编程的植入物材料专用型摩擦磨损测试台架(Biotribo POD Pro);通过对比实验对该装置进行了验证;并对实验磨屑进行提取,分析了其三维形态和分布。(2)针对运动轨迹对植入物磨损的影响,通过分析比较髋、膝关节的运动情况,提取主要运动轨迹;研究了不同长宽比矩形轨迹下超高分子量聚乙烯材料(UHMWPE)对钴铬钼合金材料(Co Cr Mo)配副的磨损情况。(3)基于可编程植入物材料专用型摩擦磨损测试装置及前期验证性实验研究结果,结合ASTM和ISO相关植入物磨损测试标准内容,总结了植入物材料磨损测试的标准流程。
【关键词】：生物摩擦学 骨科植入物 植入材料 磨损测试 测试装置
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.17
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题来源12
• 1.2 研究背景和意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-19
• 1.3.1 通用磨损测试方法与装置14-15
• 1.3.2 骨科植入物磨损测试装置及方法15-18
• 1.3.3 骨科植入物材料磨损测试发展状况18-19
• 1.4 研究目的与内容19-21
• 1.4.1 研究目的19
• 1.4.2 研究内容19-21
• 第二章 骨科植入物材料摩擦磨损实验机的研制21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 骨科植入物材料磨损实验机的设计目标21
• 2.3 骨科植入物材料摩擦磨损实验机的关键设计因素分析21-24
• 2.3.1 实验方案的选择22-23
• 2.3.2 各参数测量方法的选择23-24
• 2.4 实验机的系统组成24-28
• 2.4.1 销导向模块24-26
• 2.4.2 运动模块26-27
• 2.4.3 框架模块27
• 2.4.4 加载模块27-28
• 2.5 信号采集系统28-33
• 2.5.1 信号采集系统28-30
• 2.5.2 采样参数的确定30
• 2.5.3 采集卡的线性标定30-31
• 2.5.4 调用LabVIEW链接31-33
• 2.6 运动驱动控制系统33
• 2.7 本章小结33-34
• 第三章 骨科植入物材料摩擦磨损实验机性能评价34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 实验材料34-36
• 3.2.1 实验用销34-35
• 3.2.2 实验用圆盘35-36
• 3.2.3 润滑液配制36
• 3.3 实验参数36-37
• 3.4 试样销的磨损量分析37-43
• 3.4.1 磨损量测量37-38
• 3.4.2 磨损量38-39
• 3.4.3 磨损因数39-40
• 3.4.4 体积磨损率40-41
• 3.4.5 磨损数据处理 机械制造及其自动化41-43
• 3.5 磨屑形态分析43-47
• 3.5.1 UHMWPE磨屑的提取方法43
• 3.5.2 UHMWPE磨屑分析43-47
• 3.6 材料表面形貌分析47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第四章 骨科植入材料摩擦副间运动轨迹研究50-57
• 4.1 引言50
• 4.2 实验设计50-51
• 4.2.1 摩擦副相对运动轨迹设计50-51
• 4.2.2 实验材料51
• 4.3 实验结果51-55
• 4.3.1 磨损量分析51-54
• 4.3.2 材料表面形貌分析54-55
• 4.4 分析讨论55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 结论与展望57-59
• 5.1 结论57
• 5.2 展望57-59
• 参考文献59-65
• 附录 1：标准操作流程-SOP65-69
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文和专利69-70
• 作者在攻读硕士学位期间所获奖项70-71
• 作者在攻读硕士学位期间参与的项目71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 赵丽娟;朱会东;张佐;;基于计算机摩擦测试试验的发展综述[J];中国工程机械学报;2008年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘立平;往复式摩擦磨损试验机的研制[D];兰州理工大学;2006年

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本文编号：339391