• elementi finiti
• finite elements
• hip prosthesis
• modelli di usura
• monolateral wear
• protesi di anca
• usura monolaterale
• wear models

Questo lavoro di tesi si propone di sviluppare modelli di usura di protesi di anca agli elementi finiti, mediante il software ANSYS® WORKBENCH v19.2.
Nella prima parte è fornita un’introduzione generale sul fenomeno dell’usura e la legge di Archard tipicamente adottata nei modelli di usura. In seguito, sono descritte le generalità mediche e bio – ingegneristiche dell’anca, le diverse tipologie di protesi che possono essere progettate. Vengono, inoltre, descritti i processi cui queste vanno incontro in seguito all’impianto, le complicanze e i trattamenti riguardanti l’artroplastica associata ai difetti dell’articolazione dell’anca.
La modellizzazione dell’usura in protesi di anca ha richiesto la comprensione e definizione di una procedura di implementazione di modelli di usura in ANSYS® WORKBENCH. Sono quindi stati sviluppati e analizzati modelli di usura semplici, quali “Pin on Disc” (2D) e “Pin on Plate” (3D). I modelli hanno permesso di confrontare diversi approcci alla modellizzazione sia per il caso di usura monolaterale che per il caso di usura bilaterale, quali condizioni di contatto asimmetriche e simmetriche, assumendo sia condizioni di cinematica esplicita che di cinematica implicita. I modelli hanno, inoltre, evidenziato, i limiti dell’assunzione di contatto simmetrico.
La procedura di implementazione dell’usura messa a punto è stata applicata nello sviluppo di modelli di usura monolaterale di protesi di anca. Sono stati sviluppati due modelli: uno per protesi ceramica – plastica (CoP) e uno per protesi metallo – plastica (MoP). Entrambi i modelli sono basati sulle condizioni simulate in due lavori di letteratura. I modelli hanno permesso di predire l’andamento del volume di usura e della mappa di usura, ottenendo risultati in linea con la letteratura.

This thesis work aims to develop of finite elements wear models of hip prostheses, using the software ANSYS® WORKBENCH v19.2.
The first part provides a general introduction on the wear phenomenon and the Archard's law typically adopted in wear models. Then the medical and bio-engineering details of the hip are described, as well as the different types of prostheses that can be designed. It also describes the processes that these undergo following the implant, the complications and treatments regarding arthroplasty associated with defects in the hip joint.
Modeling wear in hip prostheses required the understanding and defining of a procedure for implementing wear models in ANSYS® WORKBENCH. Simple wear models were then developed and analyzed, such as “Pin on Disc” (2D) and “Pin on Plate” (3D). The models allowed to compare different modeling approaches both for the case of unilateral wear and bilateral wear, both asymmetric and symmetric contact conditions, assuming both explicit and implicit kinematics conditions. The models also highlighted the limits of the assumption of symmetric contact.
The wear implementation procedure developed was applied in the development of unilateral wear models of hip prostheses. Two models have been developed: one for ceramic - plastic (CoP) and one for metal - plastic (MoP) prostheses. Both models are based on the conditions simulated in two papers. The models made it possible to predict the trend of the wear volume and the wear map, obtaining results in line with the literature.