Simpleware SoftwareとAnsys LS-DYNAの連携による強度解析 - 人工膝関節モデル
本事例は北里大学大学院医療系研究科で人工膝関節ポリエチレンインサートの形状設計における破壊強度基準を検証した事例です。市販されているPS(Posterior Stabilized)型人工膝関節「製品A(小型フラット)」「製品B(小型カーブ)」「製品C(大型フラット)」の3機種を用意、過伸展によるポスト前方面の衝突と深屈曲によるポスト後方面の衝突を模擬し、ポスト表面の圧力、ポスト内部に発生するミーゼス相当応力とせん断ひずみを求め強度設計の基準を調査されています。(データ:北里大学大学院医療系研究科 医用生体工学 田中先生ご提供)
解析・利用例のポイント
- 人工膝関節ポリエチレンインサートの強度解析と最適形状の検討
人工膝関節ポリエチレンインサートの強度解析と最適形状の検討
人工膝関節のCTデータからSimplewareで3Dモデルを作成しました。その後、3Dモデルから、FEメッシュを生成し、Ansys LS-DYNAを用いた有限要素解析(FEA)を実施しました。3種類の人工膝関節を対象に、過伸展および深屈曲時の応力分布を解析しました。結果、膝の過伸展時に1000Nの荷重がポスト前方面に加わると全機種で降伏応力を超えるミーゼス応力が発生し、形状にかかわらずポスト前方面に1000 Nの力(ジョギング等のスポーツ)が発生することは危険と推測されました。深屈曲時は小型フラット形状のポスト後方面で応力集中が顕著でした。一方、カーブ形状のポストは応力の増加が抑えられ、より適した設計であることが示唆されました。本事例の詳細をご希望の方は関連資料の事例詳細よりお申し込みください。
人工膝関節
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