Studium tření kyčelních kloubních náhrad s modifikací topografie povrchu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Kyčelní endoprotézy představují efektivní východisko pro pacienty trpícími pokročilými stádii kloubních onemocnění. Přetrvávající komplikací však i přes dosažený pokrok ve vývoji endoprotéz způsobuje omezená životnost, která působí problémy především u mladších pacientů. Hlavní mechanismus omezující životnost je opotřebení související se třením a mazáním. Tato práce se zabývá efektem texturovaného povrchu polyetylenové UHMWPE jamky v kombinaci s hladkou hlavicí jako jednoho z možných řešení snížení tření, a tedy i míry opotřebení. V experimentu byly použity dvě texturované jamky a tři hladké hlavice (keramika, kov, oxinium). Výsledky s použitím synoviální kapaliny ukazují, že texturovaný povrch jamky má pozitivní vliv na snížení tření a stabilizaci hodnot. Nejvýraznější poklesy jsou pozorovány při použití jamky s menšími důlky, ta například spolu s keramickou hlavicí dosáhla poklesu tření až o 66 %. Pozornost byla rovněž věnována vlivu zatížení, které však nemá ve většině případů na výsledky zásadní dopad. Předpokládá se, že dosažení snížení tření v důsledku aplikace textury vede i ke snížení celkové rychlosti opotřebení, což může vést k prodloužení životnosti.
Hip endoprosthesis introduces an effective treatment for patients suffering from advanced stages of hip degeneration. Despite the advancements made in recent years, limited longevity negatively affects the application of this technology in young patients. The main mechanism which causes limited longevity is wear, which depends on the friction and lubrication of the joint. This thesis aims to observe the effect of a textured surface on a UHMWPE polyethylene cup combined with a smooth femoral head as a solution, which may reduce the friction and wear of the contact surfaces. Two textured cups and three smooth femoral heads were used in the experiment (ceramic, metal, oxinium). The results showed that the textured surface has a positive effect on both reducing friction and providing more stability with the use of synovial fluid. A significant reduction in friction is observed for the surface with smaller dimples rather than for the surface with larger ones. Specifically, the combination of a ceramic femoral head and a finely dimpled surface resulted in the reduction of friction by 66 %. Attention was also paid to the effect of the load on the hip. In most cases, the load did not significantly impact the results. It can be assumed that reducing the friction at the joint leads to the reduction of the rate of wear, thus increasing the implant longevity.
Hip endoprosthesis introduces an effective treatment for patients suffering from advanced stages of hip degeneration. Despite the advancements made in recent years, limited longevity negatively affects the application of this technology in young patients. The main mechanism which causes limited longevity is wear, which depends on the friction and lubrication of the joint. This thesis aims to observe the effect of a textured surface on a UHMWPE polyethylene cup combined with a smooth femoral head as a solution, which may reduce the friction and wear of the contact surfaces. Two textured cups and three smooth femoral heads were used in the experiment (ceramic, metal, oxinium). The results showed that the textured surface has a positive effect on both reducing friction and providing more stability with the use of synovial fluid. A significant reduction in friction is observed for the surface with smaller dimples rather than for the surface with larger ones. Specifically, the combination of a ceramic femoral head and a finely dimpled surface resulted in the reduction of friction by 66 %. Attention was also paid to the effect of the load on the hip. In most cases, the load did not significantly impact the results. It can be assumed that reducing the friction at the joint leads to the reduction of the rate of wear, thus increasing the implant longevity.
Description
Citation
NĚMEČEK, D. Studium tření kyčelních kloubních náhrad s modifikací topografie povrchu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Základy strojního inženýrství
Comittee
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. David Nečas, Ph.D. (místopředseda)
Ing. František Vlašic, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Šperka, Ph.D. (člen)
Ing. Milan Omasta, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-06-15
Defence
Student prezentoval výsledky své práce a zodpověděl dotazy:
1) Jaký mechanismus předpokládáte, že stojí za snížením tření ve Vašich experimentech? Textury v experimentech spadají do kategorie „hydrodynamického efektu“, nicméně drobná deformace okraje textury může vést k dramatickému propadu nosnosti mazacího filmu v případě tenkého mazacího filmu, který lze očekávat i v tomto případě. - zodpovězeno
2) Který parametr textur bude pravděpodobně nejvíce ovlivňovat výsledný součinitel tření v konformním poddajném kontaktu a proč? - zodpovězeno
Doc. Koutný: Jak jste vyráběl konkrétní jamky? Může ovlivnit měření přesnost výroby jamek? Kontroloval jste použité vzorky, jaký efekt má variabilita výroby? Jaký má vliv na měření neshodnost důlků? - zodpovězeno
Ing. Šperka: Kinematika kyvů při experimentu, jak se mění amplituda součinitele tření v čase? Jakou použijete funkci pro vyhodnocování? Jaký parametr se fyzicky mění v kontaktu? - zodpovězeno
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení