隨著人工關(guān)節(jié)在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其耐用性和可靠性成為患者和醫(yī)療從業(yè)者關(guān)注的重點(diǎn)。特別是由聚乙烯材料制成的人工關(guān)節(jié)，在日常使用中需要承受重復(fù)負(fù)載，以確保其經(jīng)久耐用。在這些測試中，疲勞試驗(yàn)是一種常用的方法，它通過施加正弦波波形的試驗(yàn)力和位移，來評(píng)估材料在長期負(fù)載下的性能。然而，踝關(guān)節(jié)在行走過程中會(huì)承受復(fù)雜的壓縮負(fù)載，因此，模擬行走時(shí)的實(shí)際試驗(yàn)力，對(duì)于進(jìn)行符合實(shí)際用途的疲勞強(qiáng)度評(píng)價(jià)尤為重要。

本文科準(zhǔn)測控小編將介紹如何將行人行走時(shí)踝關(guān)節(jié)上的實(shí)際負(fù)載施加到試樣上進(jìn)行測試。我們通過測定行走時(shí)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的試驗(yàn)力波形。然后，將生成的試驗(yàn)力波形導(dǎo)入疲勞試驗(yàn)機(jī)中，并施加到由聚乙烯材料制成的人工踝關(guān)節(jié)上。通過這種方式，我們能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估人工踝關(guān)節(jié)在實(shí)際使用中的疲勞強(qiáng)度，確保其在長時(shí)間使用中的可靠性和安全性。

一、測試原理

通過將行走時(shí)的實(shí)際應(yīng)變數(shù)據(jù)生成的試驗(yàn)力波形施加到人工踝關(guān)節(jié)上，以評(píng)估其在重復(fù)負(fù)載下的耐用性和可靠性。

二、測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

ISO 14242-1:2014 - 這是關(guān)于髖關(guān)節(jié)假體的標(biāo)準(zhǔn)，涉及加載和運(yùn)動(dòng)條件的模擬，包括髖關(guān)節(jié)假體的耐磨性測試。

ISO 7206-4:2010 - 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了髖關(guān)節(jié)假體的疲勞性能測試方法，特別是測試股骨頸的疲勞強(qiáng)度。

ASTM F1717-18 - 涉及脊柱植入物的疲勞測試方法，盡管主要針對(duì)脊柱，但其疲勞測試方法可以參考用于其他類型的關(guān)節(jié)假體。

ISO 12107:2012 - 針對(duì)金屬材料疲勞測試的方法學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，提供了疲勞測試的指導(dǎo)，適用于多種材料，包括聚乙烯。

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

三、測試儀器

1、動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)

（示意圖：疲勞試驗(yàn)機(jī)可根據(jù)不同產(chǎn)品進(jìn)行定制）

2、壓盤，Φ60mm

3、遙控系統(tǒng)（包含應(yīng)變片）

遙測系統(tǒng)是一種將傳感器輸出信號(hào)傳輸?shù)妮p便發(fā)射器設(shè)備，該發(fā)射器能夠無線發(fā)送信號(hào)到附近的接收器，并輸出到接收器中。

4、試驗(yàn)條件

最大試驗(yàn)力：1000N

最小試驗(yàn)力：0 N

重復(fù)次數(shù)：第5周期

稱重傳感器：20 kN

執(zhí)行器行程：±25 mm

四、測試流程

步驟一、應(yīng)變數(shù)據(jù)采集

首先，在樹脂片上貼上應(yīng)變儀，并將其貼在鞋底。

應(yīng)變儀連接到一個(gè)簡單的原型傳感器，該傳感器通過遙測系統(tǒng)的發(fā)射器傳輸應(yīng)變波形。

步驟二、數(shù)據(jù)傳輸和保存

接收機(jī)連接到可以數(shù)字保存數(shù)據(jù)的設(shè)備，以獲取行走時(shí)的數(shù)字應(yīng)變波形。

這種方法有效地避免了隨身攜帶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備（如個(gè)人電腦或連接線）的麻煩。

步驟三、應(yīng)變波形獲取

獲取的應(yīng)變波形包括在平坦地面上行走和上下樓梯各30秒的數(shù)據(jù)。

將獲得的數(shù)據(jù)最大點(diǎn)換算成1000N的試驗(yàn)力，相當(dāng)于體重100kg的人行走時(shí)的負(fù)載波形。

步驟四、疲勞測試

將生成的試驗(yàn)力波形導(dǎo)入動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)。

動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)根據(jù)導(dǎo)入的波形，對(duì)由聚乙烯材料制成的人工踝關(guān)節(jié)施加試驗(yàn)力。

測試過程中，壓盤（Φ60mm）施加指定的試驗(yàn)力，執(zhí)行器在±25mm行程范圍內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，模擬實(shí)際行走時(shí)的負(fù)載。

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審核編輯 黃宇