基于ABAQUS及疲劳试验的烧结股骨柄设计研究

目的确保精锻Ti-6Al-4V钛合金烧结股骨柄柄体能达到植入后支撑人体体重及运动循环载荷的要求。方法通过对Worst Case下的烧结股骨柄进行数值模拟,设计3种烧结涂层区域不同(不同的应力规避区)的股骨柄,并对其分别进行疲劳试验。结果通过数值模拟,Worst Case下的烧结股骨柄的最大主应力为432.8 MPa;方案一中股骨柄外侧烧结涂层至股骨柄肩部的距离为47 mm(规避处的应力值为309.493 MPa),疲劳试验结果为6组全部断裂,循环载荷次数均为2.3×10^6次上下;方案二中股骨柄外侧烧结涂层至股骨柄肩部的距离为44 mm(规避处的应力值为277.673 MPa),疲劳试验结果为2组断裂,循环载荷次数均为4.1×10^6次上下,其余4组通过5×10^6次循环试验;方案三中股骨柄外侧烧结涂层至股骨柄肩部的距离为41 mm(规避处的应力值为240.755 MPa),6组均通过5×106次循环试验,股骨球头垂直偏移量最大的一组的偏移值为1.55 mm。结论方案三的精锻Ti-6Al-4V钛合金烧结股骨柄在植入后能达到支撑人体体重和运动时循环载荷的要求。