Title
Uticaj korozije na integritet i vek veštačkog kuka
Creator
Smoljanić, Tamara I., 1985-
CONOR:
124312329
Copyright date
2024
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno 3.0 Srbija (CC BY-NC 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 23.04.2025.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Tehnološko-metalurški fakultet
Alternative title
Influence of corrosion on the integrity and service life of an artificial hip
Publisher
[T. Smoljanić]
Format
94 str.
description
Tehnološko inženjerstvo - Hemijsko inženjerstvo / Technological Engineering - Chemical Engineering
Abstract (sr)
Biokompatibilni metalni materijali (BMM) su materijali koji su u kontaktu sa ćelijama,
tkivima i telesnim tečnostima u ljudskom organizmu. Koriste se za zamenu ili nadogradnju
komponenata u organizmu nadomeštanjem oštećenja nastalih zbog bolesti, starosti i nesrećnih
slučajeva.
Da bi BMM bili upotrebljeni kao implanti, treba da zadovolje sledeće uslove: izuzetna
otpornost na korozivno dejstvo sredine u kojoj se nalaze, biokompatibilnost, dobre mehaničke
osobine 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, kao
posledica dugotrajnog promenljivog opterećenja. Ovaj proces može biti u velikoj meri ubrzan
pojavom korozije, koja dovodi do gubitka mase materijala, odnosno smanjenja nosećeg poprečnog
preseka.
Glavni cilj eksperimentalnih ispitivanja urađenih u okviru ove disertacije je bio da se utvrde
mehaničke osobine legure Ti-6Al-4V neophodne za analizu ponašanja veštačkog kuka u prisustvu
zamorne prsline, a koji su korišćeni za numeričke simulacije klasičnom i proširenom metodom
konačnih elemenata i za analizu ponašanja kuka primenom parametara mehanike loma, odnosno za
analitičko određivanje zamornog veka. Numeričkim simulacijama se nastojalo da se dobiju
reprezentativni modeli ponašanja veštačkog kuka u prisustvu zamorne prsline, a eksperimentalnim
ispitivanjima su obuhvaćene tri grupe epruveta i upoređeni su rezultati za epruvete izložene koroziji
sa epruvetama ispitanim na vazduhu.
Ispitivanjem parametara mehanike loma (faktora intenziteta napona), i eksperimentalno
dobijenih vrednosti koeficijenata Paris-ove jednačine za brzinu rasta zamorne prsline, urađen je
analitički proračun rasta zamorne prsline. Ovi rezultati su korišćeni kao osnova za razvoj i
verifikaciju numeričkih modela.
Eksperimentalnim, analitičkim i numeričkim pristupima dobijeni su rezultati koji su
pokazali dobro međusobno slaganje i na realan način opisali ponašanje veštačkih kukova od legure
Ti6Al4V pri kombinovanom dejstvu korozije i zamora.
Abstract (en)
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 the
body by replacing damage caused by disease, age or accidents.
For BMMs to be used as implants, they must meet the following conditions: exceptional
resistance to the corrosive effects of the environment in which they are used, biocompatibility, good
mechanical properties and resistance to fatigue loading.
Failure of implants, including artificial hips, is in most cases due to material fatigue, i.e. the
development 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, which
leads 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 to
determine the mechanical properties of the alloy Ti-6Al-4V required to analyze the behavior of the
artificial hip in fatigue fractures. These were used for numerical simulations with the classical and
extended finite element method and for the analysis of the behavior of the artificial hip with fracture
mechanics parameters, i.e. for the analytical determination of the fatigue life. Numerical simulations
were used to create representative models for the behavior of an artificial hip in the presence of a
fatigue crack. Experimental tests were performed on three groups of specimens and the results for
specimens exposed to corrosion were compared with specimens tested in air.
The analytical calculation of fatigue crack growth was performed using fracture mechanics
parameters (stress intensity factor) and experimentally determined values of the coefficients of the
Paris equation for fatigue crack growth rate. These results served as a basis for the development and
verification of numerical models.
Using experimental, analytical and numerical approaches, results were obtained that showed
good agreement and realistically described the behavior of artificial hips made of Ti6Al4V alloy
under the combined effects of corrosion and fatigue
Authors Key words
legura Ti-6Al-4V; korozija; rast zamorne prsline; integritet veštačkih kukova;
proširena metoda konačnih elemenata; mehanika loma; dijagram analize loma; zamorni vek
Authors Key words
Ti-6Al-4V alloy; corrosion; fatigue crack growth; hip implant integrity; extended finite
element method; fracture mechanics; failure analysis diagram; fatigue life
Classification
66.018:615.461(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Biokompatibilni metalni materijali (BMM) su materijali koji su u kontaktu sa ćelijama,
tkivima i telesnim tečnostima u ljudskom organizmu. Koriste se za zamenu ili nadogradnju
komponenata u organizmu nadomeštanjem oštećenja nastalih zbog bolesti, starosti i nesrećnih
slučajeva.
Da bi BMM bili upotrebljeni kao implanti, treba da zadovolje sledeće uslove: izuzetna
otpornost na korozivno dejstvo sredine u kojoj se nalaze, biokompatibilnost, dobre mehaničke
osobine 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, kao
posledica dugotrajnog promenljivog opterećenja. Ovaj proces može biti u velikoj meri ubrzan
pojavom korozije, koja dovodi do gubitka mase materijala, odnosno smanjenja nosećeg poprečnog
preseka.
Glavni cilj eksperimentalnih ispitivanja urađenih u okviru ove disertacije je bio da se utvrde
mehaničke osobine legure Ti-6Al-4V neophodne za analizu ponašanja veštačkog kuka u prisustvu
zamorne prsline, a koji su korišćeni za numeričke simulacije klasičnom i proširenom metodom
konačnih elemenata i za analizu ponašanja kuka primenom parametara mehanike loma, odnosno za
analitičko određivanje zamornog veka. Numeričkim simulacijama se nastojalo da se dobiju
reprezentativni modeli ponašanja veštačkog kuka u prisustvu zamorne prsline, a eksperimentalnim
ispitivanjima su obuhvaćene tri grupe epruveta i upoređeni su rezultati za epruvete izložene koroziji
sa epruvetama ispitanim na vazduhu.
Ispitivanjem parametara mehanike loma (faktora intenziteta napona), i eksperimentalno
dobijenih vrednosti koeficijenata Paris-ove jednačine za brzinu rasta zamorne prsline, urađen je
analitički proračun rasta zamorne prsline. Ovi rezultati su korišćeni kao osnova za razvoj i
verifikaciju numeričkih modela.
Eksperimentalnim, analitičkim i numeričkim pristupima dobijeni su rezultati koji su
pokazali dobro međusobno slaganje i na realan način opisali ponašanje veštačkih kukova od legure
Ti6Al4V pri kombinovanom dejstvu korozije i zamora.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.
