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Effet des contraintes résiduelles dues à la polymérisation du ciment dans le transfert de la charge d'une arthroplastie totale de la hanche

Vasquez Barahona, Pablo Alberto (2004). Effet des contraintes résiduelles dues à la polymérisation du ciment dans le transfert de la charge d'une arthroplastie totale de la hanche. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les contraintes résiduelles créées lors de la polymérisation du ciment pourraient avoir un rôle important dans le processus de descellement total des arthroplasties totales de la hanche cimentée (ATH). Afin de déterminer si les contraintes résiduelles créées lors de la polymérisation du ciment influent sur la distribution des contraintes dans le ciment à l'interface ciment implant, un modèle 3D du fémur proximal est reconstruit à partir d'images CT-scan. Les propriétés mécaniques de l'os cortical et spongieux sont extraites à partir des images médicales. En se basant sur une étude antérieure, un modèle éléments finis (EF) d'une ATH personnalisée est reconstruit afin d'étudier l'effet des contraintes résiduelles sur la distribution des contraintes dans le ciment à l'interface ciment-implant durant un chargement en flexion et un en torsion. La grandeur des contraintes résiduelles en compression simulées varie entre 2 et 5 MPa. L'interface ciment-implant est descellée avec un coefficient de friction de 0.3. Les contraintes radiales, circonférentielles et de Von Mises dans le ciment à l'interface ciment-implant sont calculées avec le modèle EF. Pour les deux chargements, lorsque les contraintes résiduelles sont prises en compte, les contraintes de Von Mises subissent une augmentation allant jusqu'à 8.5 MPa pour le côté médial et latéral. En général pour les deux chargements, sans les contraintes résiduelles, les contraintes de Von Mises du côté médial et latéral ont une grandeur de 1 MPa. Les résultats obtenus avec le modèle EF de l'ATH personnalisée démontrent que l'ajout des contraintes résiduelles pour les chargements en flexion et en torsion influe sur la distribution des contraintes dans le ciment à l'interface ciment-implant.

Titre traduit

Effect of residual stresses due to cement curing in the load transfer of a personalized cemented hip implant

Résumé traduit

Residual stresses in the cement mantle may have an important role in the aseptic loosening of a cemented total hip arthroplasty (THA). To validate this hypothesis, a personalized 3D model of the proximal femur was built from CT-scan images. The mechanical properties of the cortical and spongious bones were extracted from the medical images. Based on a previous study, a finite element (FE) model of a personalized THA was developed to investigate the effect of residual stresses due to cement curing on the load transfer during simplified heel strike and torsion. The compressive radial residual stresses simulated using a thermal expansion of the cement at the stem-cement interface varied from 2 to 5 MPa, based on experimental and analytical results. The cement-stem interface was considered completely debonded with a coefficient of friction of 0.3. The radial, hoop and Von Mises stresses were computed on the medial and lateral side of the stem-cement interface. An increase of up to 8.5 MPa was observed in the Von Mises stresses in the medial and lateral side during bending and torsion when the residual stresses were simulated in the FE analysis as opposed to Von Mises stresses around 1 MPa for the case when no residual stresses were included. The results obtained from the FE model show that simulating the residual stresses, generated due to cement curing, influences the cement stress distributions at the stem-cement interface, and consequently the load transfer of the THA.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [205]-210.
Mots-clés libres: 3D, Arthroplastie, ATH, Charge, Ciment, Cimente, Contrainte, CT-Scan, Descellement, EF, Femur, Hanche, Image, Medical, Modele, Polymerisation, Residuel, Transfert
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Nuño, Natalia
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
De Guise, Jacques A.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 04 mai 2011 19:04
Dernière modification: 22 oct. 2016 00:51
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/711

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