Abstract
An investigation has been performed to develop a nonlinear finire element method for the analysis of the long-term behavior of an artificial hip joint. The three dimensional multi-layered brick element is used to analyze the design performances of hip prodtheses with various materials and the thick laminated composite hip prostheses with various layup sequences. The used element can accommodate the varying material properties of the element and allow the ply-drop-off along the eleement edge. The nonlinear finite element analysis program has been verified by the comparison with the exact solution of the bean problem subjected to uniaxial loading. By using the program, the density changes and strength ratios of artificial hip joint are calculated according to the hip prosthesis materials and the layers of composite hip prosthesis. The numerical results are easily applied to evaluate design performances of a hip prosthesis, and decrease the difficulty and time of hip prosthesis design.
복합재료 보철물이 삽입된 인공 고관절의 장기적 거동의 해석을 위한 비선형 유한요소법이 개발되었으며 아울러 두꺼운 적층 복합채 보철물의 설계를 위한 3차원 육면체 요소가 이용되었다. 사용된 요소는 요소내의 다양한 물성치를 포함하여 요소의 절단면을 고려할 수 있는 ply-drop-off요소이다. 개발된 비선형 유한요소해석 프로그램은 단층하중하의 보 문제를 통해 엄밀해와의 비교를 통해 검증하였다. 개발된 프로그램을 이용하여 보철물의 재료와 복합재료 보철물의 적층각도에 따른 밀도 변화 및 강도비를 계산하여 인공 고관절의 역학적 거동을 해석하였으며 동시에 보철물의 설계 성능을 평가하였다. 계산된 수치해석 결과를 통해 인공 고관절 보철물의 설계 성능의 평가가 가능하며 보철물 설계에 따른 시간 및 비용을 줄일 수 있다.