ANALISA GESEKAN MATERIALIMPLANTASI...
Transcript of ANALISA GESEKAN MATERIALIMPLANTASI...
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