UHMWPE耐磨耗数值模型：仿真与实验验证

本篇论文深入探讨了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）在人工关节领域的应用，特别是作为膝、髋和脊柱假体材料时面临的耐磨性挑战。UHMWPE因其低摩擦性和生物相容性而备受青睐，但其与金属部件的结合过程中，磨料磨损成为影响假体使用寿命的关键问题。为了解决这一难题，作者构建了一种数值模型，基于经典的Archard磨损方程进行磨料磨损的模拟。 在研究中，作者采用有限元分析（FEA）的动态仿真方法，通过与有限元软件集成的Fortran语言编写子程序，对UHMWPE在实际机械运动中的磨损行为进行预测。这种模型能够计算出磨损率，这对于评估UHMWPE关节假体的使用寿命和优化设计具有重要意义。磨损系数（K）是通过对磨削实验中的冲程深度进行测量和3D轮廓仪分析得到的参数，它在模型中起到了决定性作用。 数值模型与实验室磨料磨损测试结果进行了对比，结果显示误差控制在5%以内，这表明该模型在预测磨损率方面的有效性得到了验证。这意味着，该模型不仅适用于理解UHMWPE在植入假体中的寿命，还可能应用于工业机械的设计，如切削工具，以及摩擦学分析的更广泛领域。 这项研究对于提高UHMWPE人工关节的性能和耐久性具有实际意义，它通过科学的数值模拟手段，为工程师们提供了评估和改进材料磨损性能的有力工具。此外，论文发表在《材料科学的建模与数值仿真》杂志上，进一步证明了这一研究的学术价值和行业认可度。通过这一模型，研究人员和工程师可以更好地预测和控制UHMWPE在极端工作条件下的磨损行为，从而降低医疗植入物故障的风险，提升患者的治疗效果和满意度。