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随着人工关节在医疗领域的广泛应用，其耐用性和可靠性成为患者和医疗从业者关注的重点。特别是由聚乙烯材料制成的人工关节，在日常使用中需要承受重复负载，以确保其经久耐用。在这些测试中，疲劳试验是一种常用的方法，它通过施加正弦波波形的试验力和位移，来评估材料在长期负载下的性能。然而，踝关节在行走过程中会承受复杂的压缩负载，因此，模拟行走时的实际试验力，对于进行符合实际用途的疲劳强度评价尤为重要。

本文科准测控小编将介绍如何将行人行走时踝关节上的实际负载施加到试样上进行测试。我们通过测定行走时的应变数据，生成相应的试验力波形。然后，将生成的试验力波形导入疲劳试验机中，并施加到由聚乙烯材料制成的人工踝关节上。通过这种方式，我们能够更准确地评估人工踝关节在实际使用中的疲劳强度，确保其在长时间使用中的可靠性和安全性。

一、测试原理

通过将行走时的实际应变数据生成的试验力波形施加到人工踝关节上，以评估其在重复负载下的耐用性和可靠性。

二、测试相关标准

ISO 14242-1:2014 - 这是关于髋关节假体的标准，涉及加载和运动条件的模拟，包括髋关节假体的耐磨性测试。

ISO 7206-4:2010 - 该标准规定了髋关节假体的疲劳性能测试方法，特别是测试股骨颈的疲劳强度。

ASTM F1717-18 - 涉及脊柱植入物的疲劳测试方法，尽管主要针对脊柱，但其疲劳测试方法可以参考用于其他类型的关节假体。

ISO 12107:2012 - 针对金属材料疲劳测试的方法学标准，提供了疲劳测试的指导，适用于多种材料，包括聚乙烯。

ASTM F2063-18 - 涉及形状记忆合金（如镍钛合金）的标准，但其测试原理和方法对其他材料也具有参考价值。

三、测试仪器

1、动态疲劳试验机

（示意图：疲劳试验机可根据不同产品进行定制）

2、压盘，Φ60mm

3、遥控系统（包含应变片）

遥测系统是一种将传感器输出信号传输的轻便发射器设备，该发射器能够无线发送信号到附近的接收器，并输出到接收器中。

4、试验条件

最大试验力：1000N

最小试验力：0 N

重复次数：第5周期

称重传感器：20 kN

执行器行程：±25 mm

四、测试流程

步骤一、应变数据采集

首先，在树脂片上贴上应变仪，并将其贴在鞋底。

应变仪连接到一个简单的原型传感器，该传感器通过遥测系统的发射器传输应变波形。

步骤二、数据传输和保存

接收机连接到可以数字保存数据的设备，以获取行走时的数字应变波形。

这种方法有效地避免了随身携带数据存储设备（如个人电脑或连接线）的麻烦。

步骤三、应变波形获取

获取的应变波形包括在平坦地面上行走和上下楼梯各30秒的数据。

将获得的数据最大点换算成1000N的试验力，相当于体重100kg的人行走时的负载波形。

步骤四、疲劳测试

将生成的试验力波形导入动态疲劳试验机。

动态疲劳试验机根据导入的波形，对由聚乙烯材料制成的人工踝关节施加试验力。

测试过程中，压盘（Φ60mm）施加指定的试验力，执行器在±25mm行程范围内进行往复运动，模拟实际行走时的负载。

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审核编辑 黄宇