Hacia prótesis de rodilla más duraderas : el modelo de Phan-Thien y Tanner y la lubricación elastohidrodinámica

• Autores: Weiss, Brenda Anahí; Ubal, Sebastián; Di Paolo, José
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2022;especial(33):36-40
• Materia: FLUIDO NO NEWTONIANO; ELASTICIDAD; LUBRICACION; NON-NEWTONIAN FLUID; ELASTICITY; LUBRICATION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El fluído sinovial que lubrica las prótesis de rodilla usualmente se asume como newtoniano a pesar de ser viscoelástico. En este trabajo se presenta un modelo basado en la ecuación de Reynolds y en la ley reológica de Phan-Thien y Tanner (PTT). El modelo, de tipo elipsoide-sobre-plano, contempla la curvatura de las superficies articulares y asume que el componente tibial, típicamente fabricado en polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) se deforma de acuerdoal modelo de columna. Utilizando el software comercial COMSOL Multiphysics versión 5.2 se resolvieron simultáneamente las ecuaciones gobernantes del flujo de lubricación no newtoniano para encontrar la componente del tensor detensiones totales para el modelo PTT, en la dirección perpendicular al flujo, y la forma del canal de flujo. A partir de estos resultados se calcularon las fuerzas de fricción y los coeficientes de fricción sobre las superficies articulares. Se realizaron simulaciones para distintas condiciones operativas correspondientes a la lubricación elastohidrodinámica, mecanismo de lubricación predominante en la fase de apoyo simple del ciclo de marcha. Los resultados manifiestan la importancia de un adecuado modelo para obtener información cuantitativa, considerar al fluido como newtonianoconduciría a sobreestimaciones del espesor de película lubricante. Los resultados sugieren que, mientras el régimende lubricación sea de película delgada, la viscosuplementación y consiguiente aumento de la constante de relajación λ conduciría a menores coeficientes de fricción. Sin embargo, para que el régimen de lubricación corresponda al de película delgada, la constante de relajación del fluído debería ser inferior a 2.5×10ˉ⁵ s
The synovial fluid is usually assumed to be Newtonian despite its viscoelastic behavior. In this work a model based on the Reynolds equation and the Phan-Thien and Tanner rheological law (PTT) is presented. The model, of the ellipsoid-on-plane type, contemplates the curvature of the articular surfaces and assumes the tibial component, typically made of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), is deformed according to the column model. Using commercial software COMSOL Multiphysics version 5.2, the governing equations of non-Newtonian lubrication flow were simultaneously solved to find the component of the total stress tensor for the PTT model, in the direction perpendicular to the flow, and the lubricating film thickness. From these results the friction forces and friction coefficients on the articular surfaces were calculated. Simulations were carried out for different operating conditions corresponding to elasto-hydrodynamic lubrication, the predominant lubrication mechanism in the simple support phase of the gait cycle. The results show the importance of an adequate model to obtain quantitative information, considering the fluidas Newtonian would lead to over estimations of the lubricant film thickness. The results suggest that, as long as thin film lubrication is the lubrication regime, the viscosupplementation and consequent increase in relaxation constant λ wouldlead to lower coefficients of friction. However, for the lubrication regime to be thin film lubrication, the relaxation constant of the fluid should be less than 2.5×10ˉ⁵ s
Fil: Weiss, Brenda Anahí. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería (UNER-FI). Entre Ríos. Argentina
Fil: Ubal, Sebastián. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería (UNER-FI). Entre Ríos. Argentina
Fil: Di Paolo, José. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería (UNER-FI). Entre Ríos. Argentina