Naslov (srp)

Uticaj korozije na integritet i vek veštačkog kuka : doktorska disertacija

Autor

Smoljanić, Tamara I., 1985-

Doprinosi

Kamberović, Željko, 1968-
Sedmak, Simon, 1984-
Putić, Slaviša, 1960-
Milović, Ljubica, 1965-
Međo, Bojan, 1978-
Čolić, Katarina, 1977-

Opis (srp)

Biokompatibilni metalni materijali (BMM) su materijali koji su u kontaktu sa ćelijama,tkivima i telesnim tečnostima u ljudskom organizmu. Koriste se za zamenu ili nadogradnjukomponenata u organizmu nadomeštanjem oštećenja nastalih zbog bolesti, starosti i nesrećnihslučajeva.Da bi BMM bili upotrebljeni kao implanti, treba da zadovolje sledeće uslove: izuzetnaotpornost na korozivno dejstvo sredine u kojoj se nalaze, biokompatibilnost, dobre mehaničkeosobine i otpornost na zamorno opterećenje.Do otkaza implanata, uključujući i veštačke kukove, najčešće dolazi zbog zamora materijala,odnosno usled stvaranja zamorne prsline u najkritičnijim delovima konstrukcije implanta, kaoposledica dugotrajnog promenljivog opterećenja. Ovaj proces može biti u velikoj meri ubrzanpojavom korozije, koja dovodi do gubitka mase materijala, odnosno smanjenja nosećeg poprečnogpreseka.Glavni cilj eksperimentalnih ispitivanja urađenih u okviru ove disertacije je bio da se utvrdemehaničke osobine legure Ti-6Al-4V neophodne za analizu ponašanja veštačkog kuka u prisustvuzamorne prsline, a koji su korišćeni za numeričke simulacije klasičnom i proširenom metodomkonačnih elemenata i za analizu ponašanja kuka primenom parametara mehanike loma, odnosno zaanalitičko određivanje zamornog veka. Numeričkim simulacijama se nastojalo da se dobijureprezentativni modeli ponašanja veštačkog kuka u prisustvu zamorne prsline, a eksperimentalnimispitivanjima su obuhvaćene tri grupe epruveta i upoređeni su rezultati za epruvete izložene korozijisa epruvetama ispitanim na vazduhu.Ispitivanjem parametara mehanike loma (faktora intenziteta napona), i eksperimentalnodobijenih vrednosti koeficijenata Paris-ove jednačine za brzinu rasta zamorne prsline, urađen jeanalitički proračun rasta zamorne prsline. Ovi rezultati su korišćeni kao osnova za razvoj iverifikaciju numeričkih modela.Eksperimentalnim, analitičkim i numeričkim pristupima dobijeni su rezultati koji supokazali dobro međusobno slaganje i na realan način opisali ponašanje veštačkih kukova od legureTi6Al4V pri kombinovanom dejstvu korozije i zamora.

Opis (srp)

Tehnološko inženjerstvo - Hemijsko inženjerstvo / Technological Engineering - Chemical Engineering Datum odbrane: 23.04.2025.

Opis (eng)

Biocompatible metallic materials (BMMs) are materials that come into contact with cells,tissues and body fluids in the human body. They are used to replace or improve components in thebody by replacing damage caused by disease, age or accidents.For BMMs to be used as implants, they must meet the following conditions: exceptionalresistance to the corrosive effects of the environment in which they are used, biocompatibility, goodmechanical properties and resistance to fatigue loading.Failure of implants, including artificial hips, is in most cases due to material fatigue, i.e. thedevelopment of a fatigue crack in the most critical parts of the implant structure as a result of long-term variable loading. This process can be greatly accelerated by the occurrence of corrosion, whichleads to a loss of material mass, i.e. a reduction in the load-bearing cross-section.The main objective of the experimental investigations carried out in this dissertation was todetermine the mechanical properties of the alloy Ti-6Al-4V required to analyze the behavior of theartificial hip in fatigue fractures. These were used for numerical simulations with the classical andextended finite element method and for the analysis of the behavior of the artificial hip with fracturemechanics parameters, i.e. for the analytical determination of the fatigue life. Numerical simulationswere used to create representative models for the behavior of an artificial hip in the presence of afatigue crack. Experimental tests were performed on three groups of specimens and the results forspecimens exposed to corrosion were compared with specimens tested in air.The analytical calculation of fatigue crack growth was performed using fracture mechanicsparameters (stress intensity factor) and experimentally determined values of the coefficients of theParis equation for fatigue crack growth rate. These results served as a basis for the development andverification of numerical models.Using experimental, analytical and numerical approaches, results were obtained that showedgood agreement and realistically described the behavior of artificial hips made of Ti6Al4V alloyunder the combined effects of corrosion and fatigue

Jezik

srpski

Datum

2024

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ispitivanje materijala. Inženjerstvo materijala

legura Ti-6Al-4V; korozija; rast zamorne prsline; integritet veštačkih kukova; proširena metoda konačnih elemenata; mehanika loma; dijagram analize loma; zamorni vek

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ispitivanje materijala. Inženjerstvo materijala

Ti-6Al-4V alloy; corrosion; fatigue crack growth; hip implant integrity; extended finite element method; fracture mechanics; failure analysis diagram; fatigue life