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Comportement à la fatigue cyclique de disques en biocéramiques sollicités en compression diamétrale

Published online by Cambridge University Press:  21 April 2005

Samir Hamza ,
Guy Pluvinage ,
Zitouni Azari ,
Joseph Gilgert  and
Noureddine Slimane
Samir Hamza
Affiliation:
Laboratoire de Recherche en Biomécanique et Biomatériaux Orthopédique, Institut KASSAB, Ksar Saïd, Tunisie Laboratoire de Fiabilité Mécanique de l'ENIM, Île de Saulcy, 57045 Metz, France Institut National des Sciences Appliquées et de Technologie de Tunis, BP 676, 1080 Tunis Cedex, Tunisie
Guy Pluvinage
Affiliation:
Laboratoire de Fiabilité Mécanique de l'ENIM, Île de Saulcy, 57045 Metz, France
Zitouni Azari
Affiliation:
Laboratoire de Fiabilité Mécanique de l'ENIM, Île de Saulcy, 57045 Metz, France
Joseph Gilgert
Affiliation:
Laboratoire de Fiabilité Mécanique de l'ENIM, Île de Saulcy, 57045 Metz, France École Nationale d'Ingénieurs de Metz (ENIM), Île de Saulcy, 57045 Metz, France
Noureddine Slimane
Affiliation:
Laboratoire de Recherche en Biomécanique et Biomatériaux Orthopédique, Institut KASSAB, Ksar Saïd, Tunisie
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Abstract

L'objectif de ce travail est l'étude du comportement à la fatigue cyclique de disques sollicités en compression diamétrale en biocéramiques orthopédiques d'alumine et de zircone (Al2O3, ZrO2) utilisées pour la conception des prothèses ostéo-articulaires. Nous étudions, grâce aux calculs numériques, l'état de contraintes sur un cotyle d'une prothèse totale de hanche en se basant sur les travaux de Pauwels [Pauwels, Biomécanique de la hanche saine et pathologique, principe, technique et résultats d'une thérapeutique causale, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1977]. La zone la plus sollicitée en contrainte de traction potentiellement à l'origine d'une rupture par fatigue est déterminée. Nous rassemblons des résultats sur la propagation et l'amorçage des fissures de fatigue sous chargement cyclique en compression sur des éprouvettes de simulation de type disque brésilien chargées en mode I et en mode mixte I+II.

Keywords

FatiguecrackinitiationpropagationcompressionbioceramicprosthesesFatiguefissureamorçagepropagationcompressionbiocéramiqueprothèse
Type
Research Article
Information
Mechanics & Industry , Volume 6 , Issue 2 , March 2005 , pp. 145 - 154
Copyright
© AFM, EDP Sciences, 2005

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References

F. Pauwels, Biomécanique de la hanche saine et pathologique, principe, technique et résultats d'une thérapeutique causale, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 1977
Lerouge, S., Huk-Papanastasiou, O., L'H. Yahia, J. Witvoet, L. Sedel, Ceramic-Ceramic and Metal-Polyethylene Total Hip Replacements: Comparison of pseudomembranes after loosening, J. Bone and Joint Surgery 79(1) (1997) 135–139 CrossRef
F. Langlais, Prothèses articulaires : facteurs biologiques et mécaniques de tolérance, Cahier d'enseignement de la SOFCOT, conférences d'enseignement, 2e série, 1983, pp. 15–42
Lerouge, S., Huk-Papanastasiou, O., L'H. Yahia, L. Sedel, Characterization of In Vivo Wear Debris from Ceramic-Ceramic Total Hip Arthroplasties, Biomed. Mat. Res. 32 (1996) 627–633 3.0.CO;2-A>CrossRef
Oonishi, H., Wakitani, S., Murata, N., Saito, M., Imoto, K., Kim, S., Matsuura, M., Clinical experience with ceramics in total hip remplacement, Clinical Orthopaedics and Related Research 379 (2000) 77–84 CrossRef
Prudhommeaux, F., Hamadouche, M., Nevelos, J., Doyle, C., Meunier, A., Wear, L. Sedel of alumina-alumina total hip arthroplasties at a mean 11–year followup, Clinical Orthopaedics and Related Research 379 (2000) 113–122 CrossRef
Boutin, P., Blanquaert, D., Les nouveaux matériaux utilisés dans les prothèses totales de hanche, Extrait de cahiers d'enseignement de la SOFCOT 10 (1979) 27–44
Affatato, S., Goldoni, M., Testoni, M., Toni, A., Mixed oxides prosthetic ceramic ball heads, Part 3: effect of ZrO2 fraction on the wear of ceramic on ceramic hip joint prostheses, A long-term in vitro wear study, Biomaterials 22 (2001) 717–723 CrossRef
A. Fabre, Simulation de marche pour tester les prothèses de hanche à l'usure : modélisation et réalisation, Mécanique Industrielle et Matériaux 47(3) septembre 1994
Boutin, P., Arthroplastie totale de la hanche par prothèse en alumine frittée, étude expérimentale et premières applications cliniques, Revue de chirurgie orthopédique et réparatrice de l'appareil moteur (Paris) 58(3) (1972) 229–246
B. Calès, Wear behaviour of ceramic pairs compared on different testing configurations, D.E. Marlowe, J.E. Parr, M.B. Mayor (ed.), Modularity of orthopedic implants, Philadelphia : ASTM, 1997, pp. 69–82
L. Sedel, L'alumine en chirurgie orthopédique, Extrait de cahiers d'enseignement de la SOFCOT, n°25, biomatériaux en chirurgie orthopédique, expansion scientifique française, février 1993, pp. 61–69
Boutin, P., Chritel, P., Dorlot, J.M., Meunier, A., Blanquaert, D., Herman, S., Sedel, L., Witvoet, J., The use of dense alumina-alumina ceramic combination in total hip remplacement, John Wiley & Sons, Inc., J. Biomedical Mat. Res. 22 (1988) 1203–1232 CrossRef
A. Marti, Inert bioceramics (Al2O3–ZrO2) for medical application, Injury, Int. J. Care Injured 31 (2000) S-D 33-36
Fleming, G.J.P., Shelton, R.M., Marquis, P.M., The influence of clinically induced variability on the bi-axial fracture strength of aluminous core porcelain discs, J. dentistry 27 (1999) 587–594 CrossRef
Boutin, P., Arthroplastie totale de la hanche par prothèse en alumine frittée, étude expérimentale et premières applications cliniques, Revue de chirurgie orthopédique et réparatrice de l'Appareil moteur (Paris) 58(3) (1972) 229–246
Affatato, S., Goldoni, M., Testoni, M., Toni, A., Mixed oxides prothetic ceramic ball heads, Part 3: effect of the ZrO2 fraction on the wear of ceramic on ceramic hip joint protheses, A long-term in vitro wear study, Biomaterials 22 (2001) 717–723 CrossRef
L. Sedel, Evolution of alumina-alumina implants, Clinical Orthopaedics and Related Research, 379 Octobre 2000, pp. 48–54
S. Hamza, K. Jendoubi, G. Pluvinage, J. Gilgert, N. Slimane, Comportement en fatigue des biocéramiques (Al2O3-ZrO2) utilisées en orthopédie, 2e Symposium International des Biomatériaux avancés (SIBA'2000), 28 juin–1er juillet 2000, Montréal, p. 101
Y. Murakami, Stress intensity factors handbook, Pergamon Press, vol. 1, pp. 991–993
Gilbert, C.J., Ritchie, R.O., Mechanisms of cyclic fatigue-crack propagation in fine-grained alumina ceramic: The role of crack closure, Fatigue Fract. Eng. Mat. Struct. 20 (1997) 1453–1466 CrossRef
Teoh, S.H., Fatigue of biomaterials: a review, International J. Fatigue 22 (2000) 825–837 CrossRef
Ritchie, R.O., Mechanisms of fatigue-crack propagation in ductile and brittle solids, Int. J. Fracture 00 (1998) 1–29
Henry, J.P., Pacquet, J., Présenté par P. Germain, Mécanique de la rupture appliqué aux dépouillements des essais brésiliens sur disques et anneaux, C.R. Acad. Sc. Paris Série B 284(23) (1977) 511–514
Niwa, Y., Kobayashi, S., Fukui, T., Effects of couple stresses distributions in a disc specimen subjected to diametral compression, Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ. 33(3) (1971) 118–127
Atkinson, C., Combined mode fracture via the cracked Brazilian disc test, Int. J. Fract. 18(4) (1982) 279–291
M. Louah, Fissuration en fatigue en mode I+II à l'aide du disque brésilien, Thèse de docteur es sciences physiques, Université de Metz 1986
P.C. Paris, The fracture mechanics approach to fatigue, Fatigue, an interdisciplinary approach, Syracuse, University Press, Syracuse, 1964
S. Hamza, Étude du comportement en fatigue en compression des biocéramiques (Al2O3, ZrO2) utilisées dans la conception des prothèses ostéo-articulaires, Thèse de Doctorat de l'Université de Metz, décembre 2002
Dauskarat, R.H., Marshall, D.B., Ritchie, R.O., Cyclic fatigue- crack propagation in magnesia-partially-stabilized Zirconia Ceramics, J. Am. Ceram Soc. 73(4) (1990) 893–903 CrossRef
Dauskardt, R.H., Yu, W., Ritchie, R.O., Fatigue crack propagation in transformation-toughened Zirconia ceramic, J. Am. Ceram Soc. 70(10) (1987) 248–252 CrossRef
Gilbert, C.J., Petrany, R.N., Ritchie, R.O., Cyclic fatigue in monolithic alumina: mechanisms for crack advance promoted by frictional wear of grain bridges, J. Materials Science 30 (1995) 643–654 CrossRef
Steffen, A.A., Dauskarat, R.H., Ritchie, R.O., Cyclic fatigue life and crack-Growth behavior of microstructurally small cracks in magnesia-partially-stabilized Zirconia Ceramics, J. Am. Ceram Soc. 76(6) (1991) 1259–1268 CrossRef
Gilbert, C.J., Dauskardt, R.H., Ritchie, R.O., Microstructural Mechanisms of cyclic fatigue-crack propagation in grain-bridging ceramics, Ceramics International 23 (1997) 413–418 CrossRef
Dauskarat, R.H., Marshall, D.B., Ritchie, R.O., Cyclic fatigue- crack propagation in magnesia-partially-stabilized Zirconia Ceramics, J. Am. Ceram Soc. 73(4) (1990) 893–903 CrossRef