Development of an auxetic surface with high fatigue resistances on acetabular cup for loosening-free

开发髋臼杯上具有高抗疲劳性的拉胀表面以防止松动

• 批准号: 21H01208
• 负责人: 大塚 雄市
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01208/
• 关键词: 界面破壊力学; 力学的メタマテリアル; フレッティング摩耗; 臼蓋カップ; 水酸アパタイト; オーセチック構造; フレッティング疲労; 赤外線カメラ; アコースティックエミッション; 摩耗; トポロジー最適化; 構造最適化

1形状・トポロジー最適化によるオーセチック構造設計1-B 　形状最適化による接触応力制御　オーセチック構造体の形状モデルと負のポアソン比，降伏荷重に対しての多変量解析を実施し，曲率などの形状と，界面特異性との非線形関係を導出することに成功した．これにより，任意のポアソン比を有するオーセチック構造体の形状変数を導出することが可能となった．1-C 位セル内切欠き部の疲労特性最適化　1-Bにて得られた多変量解析に基づき，目的とするポアソン比に近接でき，かつ曲率を低下することで応力集中係数を低下させる構造を同定することに成功した．2.オーセチック構造のフレッティング疲労機構の解明　2-B オーセチック構造の疲労強度評価　オーセチック構造体の圧縮試験をAEと赤外線カメラによるマルチモーダル計測により実施し，切り欠き部での損傷が想定通り生じることを確認した．そして，当初予定より進捗させ，オーセチック構造体と模擬骨の接合構造体の圧縮試験を実施し，オーセチック構造によりオーセチック構造ー模擬骨界面でのはく離が抑制されていることを実証することに成功した．3 オーセチック表面の疲労損傷による臼蓋カップのゆるみ評価骨劣化などによる模擬骨の弾性率の低下を再現する損傷力学モデルを導入した有限要素解析位より，沈降変位が促進される結果を得た．そして，骨リモデリングにより回復する挙動を導入することで，局所的な損傷が抑制されることを明らかにした，

1. Shape optimization, shape optimization, contact force control, shape optimization, negative load ratio, voltage drop load analysis, curvature optimization, shape optimization, interface specificity and nonlinear relationship derivation. 1-C position optimization of fatigue characteristics of the inner part of the structure 1-B position optimization of fatigue characteristics of the structure 1-C position optimization of fatigue characteristics 1-C position optimization of structure 1-C position optimization of fatigue characteristics 1-C 2. Analysis of fatigue strength evaluation of structure 2-B. In addition, the compression test of the joint structure between the structure and the artificial bone is carried out at the beginning of the predetermined time. The results of the finite element analysis of the interface of the artificial bone are successfully demonstrated. 3. The fatigue damage of the surface of the artificial bone is evaluated. The degradation of the artificial bone is reproduced. The damage mechanics is introduced. The damage caused by the explosion was suppressed.

项目成果

MD simulation study of sphere-plane adhesive contact between Titanium and Hydroxyapatite during indentation using stress-induced chemical reaction model

利用应力诱导化学反应模型进行压痕过程中钛与羟基磷灰石球面粘合接触的MD模拟研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Naofumi TSUJI;Kota TAKASHIMA;Akira SAKURADA;Keisuke HARA;Kazuto MIYAWAKI and Hiromi ISOBE;鈴木恵友;Pham Dinh Dat，Yuichi Otsuka
• 通讯作者: Pham Dinh Dat，Yuichi Otsuka

プラズマ溶射HAp 皮膜/Ti合金基材フレッティング 疲労過程における摩耗粉と細胞との相互作用のその場連続観察

等离子喷涂 HAp 涂层/钛合金基体微动 连续原位观察疲劳过程中磨损颗粒与细胞之间的相互作用

• 发表时间: 2021
• 作者: 服部隼也;伊藤佑介;杉田直彦;永山 大夢 ，大塚 雄市
• 通讯作者: 永山 大夢 ，大塚 雄市

応力誘起化学反応モデルを用いたHAp-酸化チタン界面の摩耗過程の分子動力学解析

使用应力诱导化学反应模型对 HAp-氧化钛界面磨损过程进行分子动力学分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Hou Jinchi;Tsukamoto Masaki;Hor Seanghai;Chen Xingyu;Yang Juntao;Zhang Hedong;Koga Nobuaki;Yasuda Koji;Fukuzawa Kenji;Itoh Shintaro;Azuma Naoki;保田昇太郎，木本佳克，米津明生;鈴木恵友;Pham Dinh Dat，Yuichi Otsuka
• 通讯作者: Pham Dinh Dat，Yuichi Otsuka

多孔質体の圧縮損傷過程のマルチモーダル計測

多孔材料压缩损伤过程的多模态测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 大塚 雄市;Gyuen Quang Minh;石黒 敬悟，宮下 幸雄
• 通讯作者: 石黒 敬悟，宮下 幸雄

MD analysis of the effect of oxide film on wear behavior at Ti/HAp interface

MD分析氧化膜对Ti/HAp界面磨损行为的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: LIU;Dayuan;CHEN;Ta-Te;WATANABE;Ikumu;ファムディン ダット，大塚 雄市，宮下 幸雄
• 通讯作者: ファムディン ダット，大塚 雄市，宮下 幸雄