Влияние циклических нагрузок на механические параметры костно-пластического материала

После эндопротезирования тазобедренного сустава, компоненты протеза подвержены износу на стыках «протез – кость». Со временем это приводит к разрушению здоровой тазовой кости вокруг имплантата до такой степени, что требуется ревизионная операция. В этом случае используется техника импакционной костной пластики (ИКП) с применением различных костно-пластических материалов (КПМ). При этом КПМ становится важным механическим звеном, принимающим на себя циклические нагрузки при физической активности пациента. Прогнозирование долгосрочной выживаемости эндопротеза после ревизионного вмешательства с применением ИКП неразрывно связано с пониманием механического поведения КПМ в виде фрагментов аллокости – смеси измельчённых частиц кортикальной и трабекулярной кости человека. В работе проводится экспериментальное и численное исследование упругих и вязкоупругих параметров костно-пластического материала на основе измельчённых фрагментов кости крупного рогатого скота. Эксперименты основаны на одноцикловом и многоцикловом стеснённом сжатии КПМ. На основе полученных параметров численно решены задачи о сжатии КПМ. Для одноциклового нагружения получены мгновенный модуль упругости и коэффициент Пуассона. Получены значения мгновенного модуля упругости при циклическом нагружении для «сухих» образцов и образцов с содержанием водного раствора глицерина, моделирующего раневую «кровь». Проведено сравнение сжимающих напряжений в процессе релаксации КПМ, полученных численно и экспериментально. Значения мгновенных модулей упругости увеличиваются не только с ростом числа циклов, но и с увеличением приложенной нагрузки в испытании. Модули образцов с «кровью» больше, чем «сухих» образцов. Полученные параметры позволяют описывать вязкоупругое поведение костно-пластического материала на основе измельченной аллокости с помощью рядов Прони в конечно-элементных пакетах при численном моделировании.