MODELLAZIONE DELL'USURA IN UNA PROTESI DI GINOCCHIO PER PAZIENTI PEDIATRICI

Wear represents one of the primary factors limiting the lifetime of knee prostheses, becoming particularly critical in pediatric patients, for whom the longer life expectancy and specific loading conditions impose more stringent requirements in terms of long-term reliability. In this context, the availability of tools capable of predictively assessing degradation phenomena is essential. The present work is devoted to the modeling of wear in a knee prosthesis for pediatric patients through a numerical approach based on the finite element method, implemented in the ANSYS environment, starting from a model provided by an industrial partner. The analysis was carried out by defining appropriate contact conditions and representative mechanical loads, in order to describe the system behavior under service conditions. Wear estimation was performed through the application of Archard’s law, which enables the correlation of material loss with contact pressures and relative sliding. The simulations allowed the identification of the regions most prone to wear and the analysis of the influence of contact-related variables on degradation mechanisms. The results highlight the key role of contact mechanics in wear prediction, emphasizing the importance of an accurate description of tribological interactions. This work contributes to the understanding of wear phenomena in pediatric prosthetic applications and provides a foundation for future optimization of knee prosthesis performance.

L’usura rappresenta uno dei principali fattori limitanti la durata delle protesi di ginocchio, assumendo particolare rilevanza nel caso di pazienti pediatrici, nei quali la maggiore aspettativa di vita e le specifiche condizioni di carico impongono requisiti più stringenti in termini di affidabilità nel tempo. In tale contesto, risulta fondamentale disporre di strumenti in grado di valutare in modo predittivo i fenomeni di degradazione. Il presente lavoro è dedicato alla modellazione dell’usura in una protesi di ginocchio per pazienti pediatrici mediante un approccio numerico basato sul metodo degli elementi finiti, implementato in ambiente ANSYS, a partire da un modello fornito da un’azienda del settore. L’analisi è stata condotta mediante la definizione delle condizioni di contatto e delle azioni meccaniche rappresentative, al fine di descrivere il comportamento del sistema sotto carico. La stima dell’usura è stata effettuata tramite l’applicazione della legge di Archard, che consente di correlare la perdita di materiale alle pressioni di contatto e agli scorrimenti relativi. Le simulazioni hanno permesso di individuare le aree maggiormente soggette a usura e di analizzare l’influenza delle grandezze di contatto sui meccanismi di degradazione. I risultati evidenziano il ruolo determinante della meccanica del contatto nella previsione dell’usura, sottolineando l’importanza di una corretta descrizione delle interazioni tribologiche. Il lavoro fornisce un contributo alla comprensione dei fenomeni di usura in ambito protesico pediatrico e costituisce una base per future attività di ottimizzazione delle prestazioni delle protesi di ginocchio.