人工關節材料疲勞測試方法及動態疲勞試驗機應用

隨著人工關節在醫療領域的廣泛應用，其耐用性和可靠性成為患者和醫療從業者關注的重點。特別是由聚乙烯材料製成的人工關節，在日常使用中需要承受重複負載，以確保其經久耐用。在這些測試中，疲勞試驗是一種常用的方法，它通過施加正弦波波形的試驗力和位移，來評估材料在長期負載下的性能。然而，踝關節在行走過程中會承受複雜的壓縮負載，因此，模擬行走時的實際試驗力，對於進行符合實際用途的疲勞強度評價尤為重要。

 

本文K8凯发 引领业界測控小編將介紹如何將行人行走時踝關節上的實際負載施加到試樣上進行測試。我們通過測定行走時的應變數據，生成相應的試驗力波形。然後，將生成的試驗力波形導入疲勞試驗機中，並施加到由聚乙烯材料製成的人工踝關節上。通過這種方式，我們能夠更準確地評估人工踝關節在實際使用中的疲勞強度，確保其在長時間使用中的可靠性和安全性。

 

一、測試原理

通過將行走時的實際應變數據生成的試驗力波形施加到人工踝關節上，以評估其在重複負載下的耐用性和可靠性。

二、測試相關標準

ISO 14242-1:2014 - 這是關於髖關節假體的標準，涉及加載和運動條件的模擬，包括髖關節假體的耐磨性測試。

ISO 7206-4:2010 - 該標準規定了髖關節假體的疲勞性能測試方法，特別是測試股骨頸的疲勞強度。

ASTM F1717-18 - 涉及脊柱植入物的疲勞測試方法，盡管主要針對脊柱，但其疲勞測試方法可以參考用於其他類型的關節假體。

ISO 12107:2012 - 針對金屬材料疲勞測試的方法學標準，提供了疲勞測試的指導，適用於多種材料，包括聚乙烯。

ASTM F2063-18 - 涉及形狀記憶合金（如鎳鈦合金）的標準，但其測試原理和方法對其他材料也具有參考價值。

三、測試儀器

1、動態疲勞試驗機 

（示意圖：疲勞試驗機可根據不同產品進行定製）

2、壓盤，Φ60mm

 

3、遙控係統（包含應變片）

遙測係統是一種將傳感器輸出信號傳輸的輕便發射器設備，該發射器能夠無線發送信號到附近的接收器，並輸出到接收器中。 

4、試驗條件

最大試驗力：1000N

最小試驗力：0 N

重複次數：第5周期

稱重傳感器：20 kN

執行器行程：±25 mm

 

四、測試流程

步驟一、應變數據采集

首先，在樹脂片上貼上應變儀，並將其貼在鞋底。

應變儀連接到一個簡單的原型傳感器，該傳感器通過遙測係統的發射器傳輸應變波形。

步驟二、數據傳輸和保存

接收機連接到可以數字保存數據的設備，以獲取行走時的數字應變波形。

這種方法有效地避免了隨身攜帶數據存儲設備（如個人電腦或連接線）的麻煩。

步驟三、應變波形獲取

獲取的應變波形包括在平坦地麵上行走和上下樓梯各30秒的數據。

將獲得的數據最大點換算成1000N的試驗力，相當於體重100kg的人行走時的負載波形。

步驟四、疲勞測試

將生成的試驗力波形導入動態疲勞試驗機。

動態疲勞試驗機根據導入的波形，對由聚乙烯材料製成的人工踝關節施加試驗力。

測試過程中，壓盤（Φ60mm）施加指定的試驗力，執行器在±25mm行程範圍內進行往複運動，模擬實際行走時的負載。

 

以上就是小編分享的人工關節材料疲勞測試內容了，希望可以給大家帶來幫助!如果您還想了解更多關於人工關節材料疲勞測試方法，動態疲勞試驗機校準規範、控製麵板、報告模板、應力應變曲線和廠家等問題，歡迎您關注我們，也可以給我們私信和留言，K8凯发 引领业界測控技術團隊為您免費解答！