Estudio Numérico de lubricación viscoelastohidrodinámica en prótesis de rodilla con fluido no Newtoniano

ROBLEDO BLASCO, LEANDRO EZEQUIEL; WEISS, BRENDA ANAHÍ; BERLI, MARCELO EDUARDO; DI PAOLO, JOSÉ

Anales AFA

Asociación Física Argentina

Lugar: Tandil; Año: 2022

0327-358X

Las prótesis de rodilla están formadas por un componente femoral totalmente metálico y un componente tibial metálico con un material polimérico (típicamente UHMWPE) en su superficie de articulación (base tibial). El líquido sinovial, un fluido pseudoplástico no Newtoniano, lubrica esta articulación. En este trabajo se diseñó un modelo computacional de lubricación de película delgada aplicada a una prótesis de rodilla con el fin de realizar una comparación entre tres modelos constitutivos, es decir, la ley de potencias, el modelo de Carreau-Yasuda y el modelo de Cross. El modelo equivalente de la prótesis de rodilla consiste en un cilindro rígido sobre un plano deformable. El componente deformable que representa la base tibial se asumió como un sólido estándar lineal (SEL) viscoelástico. Las ecuaciones gobernantes se resolvieron simultáneamente con la determinación de una frontera libre móvil utilizando el software COMSOL Multiphysics. Se realizó una validación a partir de resultados de modelos computacionales previos y se encontró una buena concordancia. Los resultados obtenidos mostraron que el modelo Cross presenta el mayor valor de tasa de corte, el menor espesor de película y la viscosidad dinámica con menor variación a lo largo del canal de lubricación, alcanzando un valor mínimo de viscosidad de 0,02 Pa.s. El modelo Carreau-Yasuda presenta el valor más alto de coeficiente de fricción, siendo un 21,5% superior al modelo de Ley de Potencias y un 3,67% superior al modelo de Cross.