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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2010.tde-28022011-125549
Document
Author
Full name
André Luís Lima de Oliveira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2010
Supervisor
Committee
González Lima, Raúl 1961- (President)
Adamowski, Júlio Cezar
Batalha, Gilmar Ferreira
Cliquet Junior, Alberto
Queiroz, Roberto Dantas
Title in Portuguese
Contribuição metodológica para investigar fenômenos de superfície em tribossistemas protéticos articulares de quadril.
Keywords in Portuguese
Ensaio de desgaste
Marcha humana
Prótese de quadril
Tribologia
Abstract in Portuguese
O presente estudo descreve procedimentos aplicáveis aos ensaios de desgaste que privilegiam a documentação dos fenômenos de superfícies, característicos de biotribossistemas como os protéticos articulares, quando testados em simulador mecânico. Para validar os procedimentos propostos, um simulador mecânico foi projetado e fabricado de acordo com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3, específicas para os ensaios de desgaste em próteses articulares de quadril. Pelo fato destas normas apresentar curvas de movimentos e cargas com baixa resolução (prescritas por poucos pontos), interpoladores distintos foram testados e aqueles que apresentaram o melhor desempenho na preservação da suavidade e forma das curvas foram selecionados para obter trajetórias com alta resolução. A validação do simulador mecânico e das curvas foi realizada em um ensaio com o uso de um conjunto protético articular do quadril de referência. Este ensaio teve a duração de 12 milhões de ciclos, sendo 6 milhões de ciclos realizados com cada uma das normas da série ISO 14242. Após a validação do mecanismo, dois conjuntos protéticos, manufaturados no Brasil, de mesmo modelo e lote, foram caracterizados e submetidos aos ensaios de desgaste. Cada conjunto protético foi testado com um protocolo de movimento por 1 milhão de ciclos, o que equivale à, aproximadamente, um ano de uso das próteses in vivo. A metodologia aplicada aos ensaios de desgaste permitiu documentar fenômenos de superfícies como: transferência de materiais entre os componentes, surgimento de resíduos, desplacamento de material transferido e ocorrência de mecanismos abrasivos que geram sulcos nas interfaces de contato. Tais fenômenos comprometem a durabilidade do tribossistema protético em questão, que deveria suportar cinco vezes o número de ciclos realizados. Os parâmetros que caracterizam as superfícies das próteses testadas com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3 foram comparados em um teste estatístico, indicando que as diferentes cinemáticas (realizadas por um mesmo simulador mecânico) exercem influência no desempenho dos conjuntos protéticos.
Title in English
Methodological contribution to investigate surface phenomena in hip Joint Prosthetic Tribo_systems
Keywords in English
Gait human
Hip Joint
Tribology
Wear test
Abstract in English
This work presents procedures applicable to wear tests, which aid the documentation of the surfaces phenomena. The foccus is on tribosystems like joint prosthesis tested in mechanical simulators. In order to validate the proposed procedures, a mechanical simulator has been designed and built according to ISO 14242-1 and 14242-3 standards, which are specific for wear tests on hip joint prosthesis. Since these standards present curves of movement and load curves of low resolution (prescribed by few points), different interpolators have been tested. Interpolation techniques that have shown better performance in terms of smoothness and shape were selected to generate high resolution trajectories. The validation of the mechanical simulator and the proposed trajectories was performed through a wear test of a reference hip joint prosthesis. This wear test had 12 millions cycles, whereas, 6 million cycles were performed according to ISO 14242-1 and 6 million cycles were performed according to ISO 14242-3. After validation of the mechanism and trajectories, brazilian made prosthetic sets, of the same model and same batch, were characterized and wear tested. Each prosthetic set was tested with distinct kinematics and 1 million cycles, which is roughly equivalent to one year of in vivo prosthesis use. The proposed and applied methodology for the wear tests allowed documenting several surface phenomena, namely, material transfer between the components, residues associated to abrasive mechanisms, indicated by grooves observed on contact interfaces. Such adverse phenomena suggest low prosthesis durability, which should stand five folds more test cycles, 5 million cycles. The surface parameters of the tested prosthesis generated by ISO 14242-1 and 14242-3 standards were compared through a statistic test, showing that different kinematics (performed by the same mechanical simulator) influenced joint prosthetic performance.
 
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Publishing Date
2011-04-18
 
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