유한요소법을 이용한 인공 고관절의 역학적 거동 해석 및 설계

국문 초록 (Abstract)

복합재료 보철물이 삽입된 인공 고관절의 장기적 거동의 해석을 위한 비선형 유한요소법이 개발되었으며 아울러 두꺼운 적층 복합재 보철물의 설계를 위한 3차원 육면체 요소가 개발하였다. 개발된 요소는 요소내의 다양한 물성치를 포함하며 요소의 절단면을 고려할 수 있는 ply-drop-off 요소이다. 개발된 비선형 유한요소해석 프로그램은 단축하중하의 보 문제를 통해 엄밀해와의 비교를 통해 검증하였다. 개발된 프로그램을 이용하여 보철물의 재료와 복합재료 보철물의 적층각도에 따른 밀도 변화, 강도비, 그리고 상대비소운동량을 계산하여 인공 고관절의 역학적 거동을 해석하였으며 동시에 보철물의 설계 성능을 평가하였다. 계산된 수치해석 결과를 통해 인공 고관절 보철물의 설계 성능의 평가가 가능하며 보철물 설계에 따른 시간 및 비용을 줄일 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

An investigation has been performed to develop a nonlinear finite element method for the analysis of the long term behavior of the artificial hip joint with composite hip prosthesis, and together with the three dimensional multi-layered brick element for designing the thick laminated composite hip prosthesis. The developed element can accommodate the varying material properties the element and allow the ply-drop-off along the element cutting planes. The nonlinear finite element analysis program has been verified by the comparison with the exact solution of the beam problem subjected to uniaxial loading. By using the program, the density changes, strength ratio, and relative micromotions of artificial hip joint are calculated according to the hip prosthesis materials and the layers of composite hip prosthesis. The numerical results are easily applied to evaluate for the design performances of a hip prosthesis, and decrease the difficulty and time consuming of hip prosthesis design.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 초록
• 1. 서론
• 2. 골 재생성 이론
• 3. 구조해석 이론
• 4. 구조해석 결과 및 고찰
• 5. 결론
• 참고문헌