ANALISA GESEKAN MATERIAL IMPLANTASIPROSTHESIS PADA TOTAL HIP JOINT REPLACEMENTAKIBAT GERAK ADDUKSI – ABDUKSI MENGGUNAKANMETODE ELEMEN HINGGA

Sidang Tugas Akhir

Nama Mahasiswa : Muhammad Hafidh Rasyadi

NRP : 2109 100 074

Jurusan : Teknik Mesin FTI-ITS

Dosen Pembimbing : Ir. Yusuf kaelani, M.Sc.E

Latar Belakang

Kontak 2 Permukaan GesekanKeausan

Kerusakan

Rumusan Masalah

• Bagaimana distribusi tegangan normal dan tegangan

geser yang terjadi pada implantasi hip prosthesis

menggunakan metode elemen hingga.

• Berapa nilai koefisient friksi dari implantasi hip

prosthesis terhadap mantel cement menggunakan

metode elemen hingga.

Batasan Masalah

• Struktur dianggap baik.

• Cemented prosthesis.

• Analisa 2 DImensi

• Terikat sempurna.

• 4x berat orang dewasa.

• Berat manusia 70 kg.

• Properties material homogen.

• Efek termal diabaikan.

Tujuan Penelitian

• Mengetahui distribusi tegangan normal dan tegangan

geser yang terjadi pada implantasi hip prosthesis

menggunakan metode elemen hingga.

• Mengetahui nilai koefisient friksi dari implantasi hip

prosthesis terhadap mantel cement menggunakan

metode elemen hingga.

Manfaat Penelitian

• Mengetahui perbedaan kontak material antara Ti-6Al-4V dan

Co-Cr alloy terhadap polymethyl methacrylate

• Dapat memprediksi keausan yang terjadi pada cemented

prosthesis

• Referensi dunia kesehatan utamanya dalam bidang biomekanik

Penelitian Terdahulu

• The Development of A Finite Element Model to Simulate The

Sliding Interaction Betweem Two, Three-Dimensional,

Elastoplastic, Hemispherical Asperities.

A, Faulkner. R,D, Arnell. 2000

Penelitian Terdahulu

• Analisa Kekuatan Material pada Prosthesis Total Hip

Joint Replacement.

Kusumawardani, 2010GERAK KAKI SUDUT AKIBAT

ekstensi 1000-1050

flexi 150-200

adduksi 200-250

abduksi 300-350

Pembebanan • Fstatic = 2.8 kN, assume 4x weight human

Model • Cemented Hip Prosthesis

• Tegangan kritis yang terjadipada saat kaki bergerakmengayun ke dalam

• Adduksi 200 = 361.845 MPa

Anatomi Hip Joint

Hip Joint ProsthesisCemented Hip Prosthesis

• Dikembangkan tahun 1960

• Material pengisi PMMA

Hip Joint ProsthesisCementless Hip Prosthesis

• Dikembangkan tahun 1980

• Permukaan dibuat kasar

Teori Gesekan

• Koefisien gesekan didefinisikan sebagai rasio dari gaya

geser berbanding dengan gaya normal. = .• Semakin besar gaya normal berbanding terbalik dengan

koefisien gesek yang semakin kecil.

Teori Gesekan

τ = . σ = . = .

= τσ

Metodologi Penelitian

Metode Simulasi Numerik

Benda UjiGeometri

Benda UjiGeometri

Benda Uji

Ti-6Al-4V Co-Cr alloy Polymethyl Methacrylate

Modulus Elastisitas (GPa) 116 210 2.70

Tensile Yield Strenght (MPa) 896 517 70

Tensile Ultimate Strenght (MPa) 965 785 90

Poisson Ratio 0.32 0.30 0.35

Density (g/cm3) 4.43 8.50 1.18

Properti Material

Tipe Elemen

PLANE183 CONTA172

• Solid Quadratic Structural

• 2-D with 8-Node

• Surface-to-surface

Meshing

• Solid quadratic

Kondisi Batas

• Cemented Hip Prosthesis

• Boundary Condition

Pergerakan Kaki

• Abduksi = gerakan kaki mengayun ke luar

• Adduksi = gerakan kaki mengayun ke dalam

Pembebanan

• Weight 70 kg

• Load assume 4x weight

= 4 = 4 70 10 = 2800 = 2800Range of Motion

gerak sudut α141822

adduksi

gerak sudut α323640

abduksi

Pembebanan

Adduksi

gerak sudut α beban gaya arah y (N) gaya arah x (N)

adduksi

14 2800 -677.3813077 -2716.828034

18 2800 -865.2475842 -2662.958246

22 2800 -1048.898462 -2596.114793

Pembebanan

Abduksi

gerak sudut α beban gaya arah y (N) gaya arah x (N)

abduksi

32 2800 -1483.77394 2374.534669

36 2800 -1645.798706 2265.247584

40 2800 -1799.805307 2144.924441

Distribusi Kontak

• Kontak dibagi 21 titik kontak

Adduksi 220 (Co-Cr)Existing

SX SXY

Abduksi 400 (Co-Cr)Existing

SX SXY

Adduksi 220 (Ti-6Al)Existing

SX SXY

Abduksi 400 (Ti-6Al)Existing

SX SXY

Adduksi 220 (Co-Cr) modifikasi 1

SX SXY

Abduksi 400 (Co-Cr) modifikasi 1

SX SXY

Adduksi 220 (Ti-6Al) modifikasi 1

SX SXY

Abduksi 400 (Ti-6Al) modifikasi 1

SX SXY

Adduksi 220 (Co-Cr) modifikasi 2

SX SXY

Abduksi 400 (Co-Cr) modifikasi 2

SX SXY

Adduksi 220 (Ti-6Al) modifikasi 2

SX SXY

Abduksi 400 (Ti-6Al) modifikasi 2

SX SXY

Adduksi 220 (Co-Cr) modifikasi 3

SX SXY

Abduksi 400 (Co-Cr) modifikasi 3

SX SXY

Adduksi 220 (Ti-6Al) modifikasi 3

SX SXY

Abduksi 400 (Ti-6Al) modifikasi 3

SX SXY

Kesimpulan

Co-Cr Ti-Al14 0.000284 0.000451 14 0.00127 0.0015518 0.000143 0.000595 18 0.00059 0.0011322 0.000093 0.000418 22 0.000192 0.000453

32 0.000231 0.00157 32 0.000915 0.0011836 0.000459 0.000593 36 0.000361 0.0013240 0.00078 0.00182 40 0.000176 0.00146

• Hip Existing

• Hip ModifikasiCo-Cr Ti-Al

22 0.333 0.245 22 0.147 0.24940 0.186 0.168 40 0.163 0.203

Saran

• Simulasi dengan Meshing lebih kecil

• Simulasi dengan 3 Dimensi

• Variasi gerakan kaki lebih kompleks

• Kontur permukaan lebih bervariasi

sekian dan terima kasih

Sidang Tugas Akhir