Modellizzazione agli elementi finiti per lo studio dell'usura in protesi d'anca

Una delle cause di fallimento oggigiorno più comuni degli impianti di protesi d’anca è l’usura, ovvero il progressivo danneggiamento delle superfici a contatto con conseguente perdita di materiale, modifica delle superfici geometriche, reazioni infiammatorie ed osteolisi. Il metodo oggi utilizzato per valutare questo fenomeno è rappresentato dalle prove di usura mediante simulatore articolare, che risultano però essere molto lunghe, costose e non abbastanza flessibili per tenere conto della variabilità del ciclo di cammino e di carico che esiste tra differenti pazienti o del possibile posizionamento diverso dell’impianto stesso. Un’alternativa valida alle prove sperimentali è invece l’utilizzo di metodi computazionali basati sullo sviluppo di modelli ad elementi finiti (FEM). Grazie a questi si possono infatti simulare diverse condizioni di carico e spostamento a cui le componenti della protesi possono essere soggette e predire il fenomeno dell’usura con un notevole risparmio in termini di tempo e costo. Questo lavoro di tesi si pone proprio come obiettivo l’approfondimento dei metodi FEM per la modellazione del fenomeno dell’usura. Un primo modello FEM è stato inizialmente sviluppato mediante il software ANSYS Workbench per simulare un test d’usura di tipo Pin On Disc. I risultati in termini di volume, profondità d’usura e pressioni di contatto sono stati poi messi a confronto con i risultati sperimentali disponibili in letteratura. Importanti osservazioni sono state fatte sulle limitazioni della routine d’usura implementata in ANSYS e sull’effetto di alcune delle principali semplificazioni comunemente fatte durante la modellazione. La seconda parte del lavoro è stata invece dedicata allo sviluppo di un primo modello d’usura di protesi d’anca che potrà essere perfezionato e utilizzato per futuri studi nei quali sarà possibile definire condizioni di carico e spostamento provenienti da simulatore o da modelli soggetto specifici di dinamica muscoloscheletrica.