换一批
换一批基于动力学仿真的人工膝关节振动信号采集系统设计
Design of Vibration Signal Acquisition System for Artificial Knee Joint Based on Dynamic Simulation
摘要目的 研究人工膝关节磨损过程的接触应力变化,针对膝关节假体因磨损而引发的振动设计信号采集系统,为人工膝关节磨损状态在线监测提供新的技术手段.方法 为有效采集振动信号,通过分析膝关节假体在运动过程中的动力学模型,得到胫骨衬垫接触应力主要分布区域,确定振动传感器的最佳安装位置.通过拉格朗日方程求解膝关节股骨假体的动力学模型,获取股骨假体的力矩变化曲线验证有限元分析的有效性.通过摩擦磨损试验中不同安装位置振动传感器采集的信号和不同区域表面形貌进行对比,验证采集系统设计和有限元分析结果的有效性.结果 基于动力学仿真分别得到屈曲、内外旋、前后位移和上下位移 4 个自由度下胫骨衬垫的接触应力集中区域.胫骨衬垫的中部和后部接触应力集中明显,振动传感器安装在胫骨衬垫后端,采集到的信号具有更大幅值,有利于膝关节假体振动信号的特征提取.结论 基于动力学仿真分析设计的振动信号采集系统能够有效采集人工膝关节在磨损过程中产生的振动信号.研究结果为后续探究人工膝关节的磨损机制、实现其全寿命健康状态监测提供重要手段.
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分类号
R318.01
栏目名称
骨与关节
DOI
10.16156/j.1004-7220.2024.06.010
发布时间
2025-01-11
基金项目
广东省自然科学基金
深圳市国际科技合作项目
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