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Abstract
A nonlinear finite element code capable of treating contact problems with nonlinear friction and initial interference between two bodies is initially developed and validated. It is then used to perform thorough stress analysis of two biomechanical problems: A tibia with cementless implants and a number of push-out tests.
In the first part, the effects of various parameters on the stresses and relative motions at the bone-metal interface in an axisymmetric model of a prosthetic tibia subjected to axial compression loading are studied.
In the second part, the nonlinear frictional properties are also used to perform the stress analysis of a push-out test assuming free interface. The friction at the interface is the only mechanism to resist the externally applied load. The model is axisymmetric and consists of two cylinders in contact with each other through the interface. Various relative material properties and boundary conditions are simulated in order to examine their effects on the interface stresses and overall push-out resistance. The role of the force-fit and the load direction (push-out vs pull-out) on the results is also investigated. (Abstract shortened by UMI.)
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Un code éléments finis non linéaire capable de traiter les problèmes de contact avec frottement non linéaire et interférence initiale entre deux corps est initialement développé et validé. Il est ensuite utilisé pour effectuer une analyse approfondie des contraintes de deux problèmes biomécaniques : un tibia avec des implants sans ciment et un certain nombre de tests de poussée.
Dans la première partie, les effets de divers paramètres sur les contraintes et les mouvements relatifs à l'interface os-métal dans un modèle axisymétrique d'un tibia prothétique soumis à une compression axiale sont étudiés.
Dans la deuxième partie, les propriétés de frottement non linéaires sont également utilisées pour effectuer l'analyse des contraintes d'un essai de poussée en supposant une interface libre. Le frottement à l'interface est le seul mécanisme pour résister à la charge appliquée de l'extérieur. Le modèle est axisymétrique et se compose de deux cylindres en contact l'un avec l'autre à travers l'interface. Diverses propriétés relatives des matériaux et conditions aux limites sont simulées afin d'examiner leurs effets sur les contraintes d'interface et la résistance globale à l'expulsion. Le rôle de la force d'ajustement et de la direction de la charge (poussée vs traction) sur les résultats est également étudié. (Résumé abrégé par UMI.)
