ANALISIS KONTAK ANTARA KOMPONEN TIBIAL DAN FEMORAL DARI PASANGAN MATERIAL UNTUK SENDI LUTUT TIRUAN DENGAN METODE ELEMEN HINGGA

Usman, Ir. Rini Dharmastiti, M.Sc. Ph.D., IPM. ASEAN. Eng

2012 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Material yang banyak digunakan sebagai material pengganti lutut tiruan yaitu CoCr untuk komponen femoral dan tibial. Sedangkan material UHMWPE digunakan sebagai bantalan (bearing). Hasil analisis kegagalan pada pergantian sendi lutut tiruan di antaranya disebabkan oleh: keausan dari UHMWPE, perpatahan pada komponen implan, osteolysis yang diakibatkan oleh partikel aus UHMWPE. Oleh sebab itu, kekuatan implan sangat dibutuhkan dan perlu dianalisa agar tidak terjadi kegagalan setelah proses operasi. Sehingga desain yang optimal dari sendi lutut tiruan sangat dibutuhkan. Penelitian ini dilakukan dengan melakukan permodelan elamen hingga 2D untuk sendi lutut tiruan. Setiap variasi kelengkungan akan disimulasikan dengan beberapa variasi beban, yaitu pada posisi jongkok, bangun dari kursi, berjalan, dan pada posisi naik atau turun tangga. Output simulasi berupa distribusi tegangan geser maksimum yang akan dipelajari untuk setiap variasi beban dan ukuran kelengkungan. Tegangan luluh UHMWPE adalah 20 MPa. Dari variasi beban anterior/posterior didapat bahwa untuk diameter indentor 23 mm beban maksimum sebelum luluh sebesar 48,62 N/mm, untuk diameter 24,5 dan 26 mm masing-masing 51,02 dan 53,42 N/mm. Untuk medial/lateral beban maksimum untuk diameter indentor 15, 16,5, dan 18 mm masing-masing 33,35, 36,65, dan 38,30 N/mm. Untuk variasi diameter indentor anterior/posterior pada beban 79,8 N/mm nilai Tresca sudah melewati tegangan luluh. Untuk variasi diameter medial/lateral terjadi pada beban 54,8 N/mm untuk semua ukuran diameter.

Material that are widely used for femoral and tibial components in artificial knee replacement is CoCr, while UHMWPE is used as a bearing material. From the results of failure analysis on artificial knee joint replacement among others caused by: wearness of UHMWPE, fractures of the implant components, osteolysis caused by UHMWPE wear particles. Therefore, the strength of the implant is needed and should be analyzed in order to avoid failure after surgery. So that the optimal design of artificial knee joints are really needed. The research was conducted by performing 2D modeling elament for artificial knee joint. Any variation of the curvature will be simulated with a load variation, which is in a squatting position, get up from a chair, walking, and the position up or down stairs. Simulation output of the maximum shear stress distribution will be studied for each load and the diameter of the curvature variation. UHMWPE yields tress is 20 MPa. From load variations in anterior/posterior, was found that for diameter of the indenter 23 mm maximum load before yield is 48.62 N/mm and 26 mm and 24.5 is 51.02 and 53.42 N / mm respectively. For diameter indenter in medial/lateral, maximum load for 15, 16.5, and 18 mm are 33.35, 36.65, and 38.30 N/mm respectively. For diameter variation of indenter in anterior /posterior, load 79.8 N/mm caused Tresca passed yield stress . For diameter variations in medial/lateral yield occurs at load 54.8 N/mm for all sizes of diameter.

Kata Kunci : KONTAK ANTARA KOMPONEN TIBIAL DAN FEMORAL