Publication detail

Towards the Understanding of Lubrication Mechanisms in Total Knee Replacements – Part II: Numerical Modeling

MARIAN, M. ORGELDINGER, C. ROTHAMMER, R. NEČAS, D. VRBKA, M. KŘUPKA, I. HARTL, M. WIMMER, M.A. TREMMEL, S. WARTZACK, S.

Czech title

Objasnění mechanismů mazání v náhradě kolenního kloubu – Část II: Numerické modelování

English title

Towards the Understanding of Lubrication Mechanisms in Total Knee Replacements – Part II: Numerical Modeling

Type

journal article in Web of Science

Language

en

Original abstract

Total knee replacements are an effective surgical treatment to restore the function of the knee. For an adequate design, knowledge about stresses and lubrication conditions is vital. Part II proposes a fully-coupled transient 3D model for the soft elastohydrodynamically lubricated contact based upon the generalized Reynolds equation and Finite Element Method while Part I of this study focused on experimental observations. Within the scope of this contribution, a numerical model is presented and validated with experimental data. Good agreement between model predictions and experimental data was found. A strong influence of fluid and geometry assumptions and transient effects were found. Besides, it was demonstrated that the rheological synovial fluid properties have a decisive role in the tribological behavior.

Czech abstract

Totální náhrada kolenního kloubu představuje efektivní chirurgický zákrok vedoucí k obnovení funkce kolene. Aby bylo možné navrhnout náhradu optimálního tvaru, je nezbytné porozumět podmínkám napjatosti a mazání v kontaktu. Část II této studie představuje plně sdružený přechodový 3D model pro analýzu mazaného poddajného elastohydrodynamického kontaktu. Model je založen na aplikaci zobecněné Reynoldsovy rovnice a metodě konečných prvků. Část I studie se zabývá experimentálním pozorováním. V rámci studie je představen zmíněný numerický model, který je validován na základě získaných experimentálních dat. Obecně byla dosažena dobrá shoda modelu a experimentu. Model dále poukazuje na zásadní vliv vlastností uvažované kapaliny, geometrie a přechodových dějů. Dále bylo prokázáno, že reologické vlastnosti synoviální kapaliny hrají zásadní roli v tribologických procesech.

English abstract

Total knee replacements are an effective surgical treatment to restore the function of the knee. For an adequate design, knowledge about stresses and lubrication conditions is vital. Part II proposes a fully-coupled transient 3D model for the soft elastohydrodynamically lubricated contact based upon the generalized Reynolds equation and Finite Element Method while Part I of this study focused on experimental observations. Within the scope of this contribution, a numerical model is presented and validated with experimental data. Good agreement between model predictions and experimental data was found. A strong influence of fluid and geometry assumptions and transient effects were found. Besides, it was demonstrated that the rheological synovial fluid properties have a decisive role in the tribological behavior.

Keywords in Czech

Totální náhrada kolene; Tribologie synoviálního kloubu; soft-elastohydrodynamické mazání; Metoda konečných prvků

Keywords in English

Total knee replacement; Synovial joint tribology; Soft-elastohydrodynamic lubrication; Finite Element Method

Released

01.04.2021

Publisher

Elsevier

Location

Nizozemsko

ISSN

0301-679X

Volume

156

Number

4

Pages from–to

106809–106809

Pages count

12

BIBTEX


@article{BUT167650,
  author="David {Nečas} and Martin {Vrbka} and Ivan {Křupka} and Martin {Hartl},
  title="Towards the Understanding of Lubrication Mechanisms in Total Knee Replacements – Part II: Numerical Modeling",
  year="2021",
  volume="156",
  number="4",
  month="April",
  pages="106809--106809",
  publisher="Elsevier",
  address="Nizozemsko",
  issn="0301-679X"
}