ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

dokumen-dokumen yang mirip
ANALISA KONTAK CERAMIC-ON- CROSSLINKED UHMWPE PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB II TEORI HIP JOINT. Gambar 2.1. Bagian-bagian hip joint normal [4].

SIMULASI DAN PEMODELAN METAL ON METAL BEARING MENGGUNAKAN ELEMEN HINGGA

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

ANALISA PENGARUH KETEBALAN ACETABULAR CUP TERHADAP TEKANAN KONTAK PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN

Available online at Website

rekayasa. Sebuah perakitan antara poros dan bantalan adalah salah satu contohnya. Dalam

SIMULASI KONTAK PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Simulasi Dan Pemodelan Metal On Metal Bearing Menggunakan Elemen Hingga

PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP TEGANGAN DALAM SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN

ANALISA KONTAK PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB I PENDAHULUAN. Hip Joint. Femur

Gambar 1.1. Sambungan hip (hip joint) pada manusia [1].

BAB III KONTAK PADA KOMPONEN ACETABULAR

PENGARUH TEKSTUR PERMUKAAN MATERIAL UHMWPE TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN PADA BEBAN KONTAK STATIC, ROLLING DAN SLIDING

LAPORAN TUGAS AKHIR PREDIKSI TEGANGAN VON MISSES DAN TEKANAN KONTAK TOTAL KNEE REPLACEMENT (TKR) SELAMA PROSES GAIT CYCLE

SIMULASI KONTAK KOMPONEN ACETABULAR PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

PENGEMBANGAN PROTOTIPE SAMBUNGAN TULANG PANGGUL PRODUK INDONESIA

PERHITUNGAN KEAUSAN PADA SISTEM KONTAK ROLLING-SLIDING MENGGUNAKAN FINITE ELEMENT METHOD

Tembalang, Semarang, Jl. Jend. Ahmad Yani No.157, Pabelan, Surakarta, Jawa Tengah

TUGAS SARJANA ANALISA PENGARUH GESEKAN PADA KONTAK SLIDING ANTAR SILINDER MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Analisa Pengaruh Diameter Nozzle Terhadap Besar Tegangan Maksimum Pada Air Receiver Tank Horisontal Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga

Yunandaru Sahid Putra NRP Dosen Pembimbing Ir. Sudiyono Kromodihardjo Msc. PhD

LAPORAN TUGAS AKHIR PREDIKSI KEAUSAN PIN PADA PIN-ON-DISC SLIDING CONTACT SYSTEM MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

ANALISA KARAKTERISTIK KONTAK CAPSULE ENDOSCOPY DI DALAM USUS KECIL MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB II TEORI HIP JOINT

PENENTUAN PERBANDINGAN DIAMETER NOZZLE TERHADAP DIAMETER SHELL MAKSIMUM PADA AIR RECEIVER TANK HORISONTAL DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

PENGARUH VARIASI JARAK DAN SUDUT KONTAK SADDLE TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN PADA BEJANA TEKAN HORIZONTAL

ANALISIS PENGARUH RAKE ANGLE TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN PADA EXCAVATOR BUCKET TEETH MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

TUGAS SARJANA. Disusun oleh: TOMY PRASOJO L2E

Analisis Kekuatan Tangki CNG Ditinjau Dengan Material Logam Lapis Komposit Pada Kapal Pengangkut Compressed Natural Gas

LAMPIRAN A GRAFIK DAN TABEL. 1. Grafik untuk menentukan dimensi optimal bejana tekan. [Ref.5 hal 273]

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang.

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Gambar 1.1 Hip fracture (Carter, 2007)

LAPORAN TUGAS AKHIR PERHITUNGAN KEAUSAN CYLINDER DAN PLATE PADA SISTEM SLIDING CONTACT MENGGUNAKAN UPDATED GEOMETRY

TUGAS SARJANA PEMODELAN KONTAK ELASTIS-PLASTIS ANTARA SEBUAH BOLA DENGAN SEBUAH PERMUKAAN KASAR (ROUGH SURFACE) MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

ANALISIS PENYUSUTAN DIMENSI PRODUK INJECTION MOLDING DENGAN BENTUK ACETABULAR CUP UNTUK SAMBUNGAN HIP PADA MANUSIA

Analisa Gesekan Material Implantasi Prosthesis Pada Total Hip Joint Replacement Akibat Gerak Adduksi Abduksi Menggunakan Metode Elemen Hingga

PENDAHULUAN PERUMUSAN MASALAH. Bagaimana pengaruh interaksi antar korosi terhadap tegangan pada pipa?

NAJA HIMAWAN

LAPORAN TUGAS AKHIR ANALISA KONTAK MULTIPLE ASPERITY-TO-ASPERITY MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

PERANCANGAN MEKANISME ALAT ANGKUT KAPASITAS 10 TON TESIS

Momentum, Vol. 12, No. 2, Oktober 2016, Hal ISSN

SIMULASI PROSES DEEP DRAWING STAINLESS STEEL DENGAN SOFTWARE ABAQUS

STUDI PEMODELAN OPTIMASI TUAS HANDLE REM DEPAN SEPEDA MOTOR YAMAHA V-IXION BERBASIS SIMULASI ELEMEN HINGGA. Tugas Akhir

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Optimasi Desain Metal Gasket Tipis Bentuk New Corrugated Untuk Kebutuhan Tekanan Kerja Rendah Dengan Simulasi Komputer

SIMULASI NUMERIK INJECTION MOLDING UNTUK PEMBUATAN SPESIMEN POLYPROPYLENE ACETABULAR CUP PADA PENGUJIAN SAMBUNGAN HIP

TUGAS AKHIR SIMULASI HIP JOINT PROSTHESIS PADA ORGAN TUBUH MANUSIA

KEMAMPUAN PENYERAPAN ENERGI CRASH BOX MULTI SEGMEN MENGGUNAKAN SIMULASI KOMPUTER

PERANCANGAN KONSTRUKSI PADA SEGWAY

ANALISA POROS ALAT UJI KEAUSAN UNTUK SISTEM KONTAK TWO-DISC DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Analisa Pengaruh Ukuran Partikel terhadap Patahan Gritcone pada Vertical Roller Mill Dengan Simulasi Explicit Dynamic (Ls-Dyna)

TUGAS SARJANA ANALISA PARAMETER KONTAK PADA SLIDING CONTACT ANTAR ELLIPSOID DENGAN VARIASI ARAH SLIDING MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

ANALISA KEAUSAN STEADY STATE PADA KONTAK PIN-ON-DISC DENGAN SIMULASI ELEMEN HINGGA

Optimasi Proses Multi-Pass Equal Channel Angular Pressing dengan Simulasi Komputer

LAPORAN TUGAS AKHIR PREDIKSI KEAUSAN KONTAK ANTARA STATIONARY PIVOT DAN PIN JOINT MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

TUGAS SARJANA STUDI PENGARUH KOEFISIEN GESEK PADA KONTAK SLIDING ANTARA SILINDER DENGAN FLAT MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA.

SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN KANVAS REM CAKRAM DENGAN GEOMETRI PERMUKAAN YANG BARU UNTUK SEPEDA MOTOR STANDAR

PENENTUAN WELDING SEQUENCE TERBAIK PADA PENGELASAN SAMBUNGAN-T PADA SISTEM PERPIPAAN KAPAL DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB III ANALISA TEGANGAN VON MISES

PENGARUH WAKTU PENGELASAN GMAW TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK SAMBUNGAN LAS LOGAM TAK SEJENIS ANTARA ALUMINIUM DAN BAJA KARBON RENDAH

PRAKTIKUM MENGGAMBAR MESIN

ANALISA KEGAGALAN POROS DENGAN PENDEKATAN METODE ELEMEN HINGGA

METODOLOGI PENELITIAN

DECIDING THE OPTIMUM SPOKE ANGLE OF MOTORCYCLE CAST WHEEL USING FINITE ELEMENT APLICATION AND PUGH S CONCEPT SELECTION METHOD

ANALISA PENGARUH BENTUK PROFIL PADA RANGKA KENDARAAN RINGAN DENGAN METODE ELEMEN HINGGA

ANALISIS KEKUATAN COMPRESIVE NATURAL GAS (CNG) CYLINDERS MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB I PENDAHULUAN. dan efisien.pada industri yang menggunakan pipa sebagai bagian. dari sistem kerja dari alat yang akan digunakan seperti yang ada

ANALISIS KEKUATAN TARIK BOLTED JOINT STRUKTUR KOMPOSIT C-GLASS/EPOXY BAKALITE EPR 174

BAB I PENDAHULUAN. Gambar 1.1. Anatomi Femoral, Tibial, dan Patellar Component (teijin-nakashima.co.jp)

ANALISIS PENGARUH TEKANAN DAN BEBAN PADA BAN TIPE RADIAL TERHADAP ROLLING RESISTANCE KENDARAAN PENUMPANG

Perancangan Tire Blast Cover Sebagai Alat Pengaman Bagi Pekerja Dalam Proses Pengisian Ban Angin Head Truck di Perusahaan Jasa Maintenance Alat Berat

PENGARUH BEBAN PENGGETAR MESIN PRESS BATAKO PADA PROSES PRODUKSI BATAKO TANPA PLESTER DAN TANPA PEREKAT (BTPTP) TERHADAP KEKUATAN DINDING

Analisa Perancangan Pada Produk Kaki Tiruan Atas Lutut tipe four bar linkage

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro H.Prof.Sudharto, Kampus UNDIP Tembalang, Semarang, 50275

Desain dan Penentuan Lokasi Pembebanan Pendulum Alat Uji Impak Untuk Pengujian Produk Hasil Las Gesek Rotary Bar-Plate

OPTIMASI DESAIN RANGKA SEPEDA BERBAHAN BAKU KOMPOSIT BERBASIS METODE ANOVA

LAPORAN TUGAS AKHIR ANALISA ELASTIS-PLASTIS KONTAK ROLLING MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Analisa Pengaruh Desain Gritcone terhadap Pola Patahan Gritcone pada Vertical Roller Mill dengan simulasi Explicit Dynamic (LS-DYNA)

Studi Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis Pada Pengecoran Paduan Al-4,3%Zn Alloy

SUSTAINABLE PRODUCT DEVELOPMENT FOR SHIP DESIGN USING FINITE ELEMENT APLICATION AND PUGH S CONCEPT SELECTION METHOD

Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 2 92

ANALISA KEKUATAN MATERIAL PADA PROSTHESIS TOTAL KNEE JOINT REPLACEMENT

BAB IV METODE PENELITIAN

III. METODE PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN. terciptanya suatu sistem pemipaan yang memiliki kualitas yang baik. dan efisien. Pada industri yang menggunakan pipa sebagai bagian

Jl. Prof. Sudharto, SH., Tembalang-Semarang 50275, Telp * Abstrak

Tutorial SolidWorks : Analisa tegangan dengan COSMOSXpress (seri 1)

SIMULASI TEGANGAN DAN PERUBAHAN BENTUK PADA ALAT BANTU PENCEKAM (CLAMP) MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

LAPORAN TUGAS AKHIR ANALISA TRANSIENT ROLLING CONTACT DENGAN APLIKASI SLIP PADA SILINDER ELASTIS MENGGUNAKAN METODE ANALITIK DAN METODE ELEMEN HINGGA

ANALISA POROS ALAT UJI KEAUSAN UNTUK SISTEM KONTAKTWO- DISC DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Kevin Yoga Pradana Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA

PENGARUH PEMANASAN DAN PERUBAHAN BENTUK PADA KEKUATAN TARIK POLYVINYL CHLORIDE (PVC)

PENGARUH PASANGAN DINDING BATA PADA RESPON DINAMIK STRUKTUR GEDUNG AKIBAT BEBAN GEMPA

PENGARUH PERLAKUAN ALKALI TERHADAP SIFAT MEKANIK KOMPOSIT KENAF - POLYPROPYLENE

Analisa Pengaruh Berat Pengemudi terhadap Deformasi pada Rangka Utama Sepeda Penyapu Sampah

DESAIN ULANG STRUKTUR BED MESIN BUBUT KONVENSIONAL UNTUK MENINGKATKAN KARAKTERISTIK STATIS DAN DINAMIS MESIN

Transkripsi:

ISSN : 1979-6870 ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Rochmad Winarso 1 Jamari Ismoyo,Haryanto 2 ABSTRACT Stress analysis occurs in acetabular cups need to be developed by applying new ceramic material formulations as the femoral head and the acetabular cup. This study uses the finite element method with finite element software. The purpose of this study was to observe the effect of new formulations of ceramic materials as the femoral head and the acetabular cup respect the contact pressure distribution and the von Mises stress that occurs in the system of artificial joints if given a static load for a certain period of time. The result is expected to be developed again to optimization design of artificial hip joints. The results of this study indicate that the contact pressure distribution in ceramic-on-ceramic will be reduced by increasing the amount of angular coordinates. The contact pressure, the radius of contact, von Mises stress and max. principal stress that occurs in each pair is different. Von Mises stress maximum and max. principal stress occurs in the acetabular cup.the pair of ZTAM-on-ZTAM experiencing the largest contact pressure and the pair of SN-on-OZC experienced the smallest contact pressure. Von Mises stress and max. largest principal stress occurs on the pair of ZTAM-on-ZTAM while the von Mises stress and max. smallest principal stress occurs on the pair of OZC-on-OZC. Key words: ceramic-on-ceramic, artificial hip joints, finite element method, von Mises stress ABSTRAK Analisa tegangan yang terjadi pada permukaan acetabular cups perlu terus dikembangkan dengan mengaplikasikan new material ceramic formulations sebagai femoral head dan sebagai acetabular cup. Penelitian ini menggunakan metode elemen hingga dengan finite element software. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penggunaan new material ceramic formulations sebagai femoral head dan sebagai acetabular cup terhadap hasil distribusi tekanan kontak dan von mises stress yang terjadi pada sistem sambungan tulang buatan jika diberi beban statik selama kurun waktu tertentu. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan lagi untuk membuat optimasi desain sambungan tulang pinggul buatan. Hasil yang didapat dari penelitian ini menunjukkan bahwa distribusi tekanan kontak yang terjadi pada ceramic-on-ceramic akan berkurang dengan semakin besarnya angular coordinat. Hasil yang didapat dari penelitian ini menunjukkan bahwa distribusi tekanan kontak yang terjadi pada ceramic-on-ceramic akan berkurang dengan semakin besarnya angular koordinat. besar tekanan kontak, jari-jari kontak, tegangan 1 Staf Pengajar Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus 2 Departement of Mechanical Engineering, University of Diponegoro ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN Veronica 1 Rochmad Winarso, Jamari Ismoyo,Haryanto

von Mises dan max. principal stress yang terjadi pada tiap-tiap pasangan berbeda. Tegangan von Mises maksimum dan max. principal stress terjadi pada bagian acetabular cup. Pasangan ZTAM-on-ZTAM mengalami tekanan kontak terbesar dan pasangan SN-on-OZC mengalami tekanan kontak terkecil. Tegangan von Mises dan max. principal stress terbesar terjadi pada pasangan ZTAM-on-ZTAM sedangkan tegangan von Mises dan max. principal stress terkecil terjadi pada pasangan OZC-on-OZC. Kata kunci: ceramic-on-ceramic, sambungan tulang pinggul buatan, metode elemen hingga, tegangan von Mises. PENDAHULUAN Pada umumnya hip bearing pada sambungan tulang pinggul buatan diklasifikasikan menjadi (1) hard-on-hard material seperti metal-on-metal (MOM), ceramic-on-ceramic (COC) dan dikembangkan juga ceramic-on-metal (COM) dan (2) hard-on-soft material dengan menggunakan material polyethylene yang bersifat viscoelastic sebagai hip bearing sedangkan femoral head terbuat dari paduan logam yang disebut dengan metal-onpolyethylene (M-PE) atau terbuat dari keramik yang disebut dengan ceramic-on-polyethylene (C-PE). Ceramic digunakan untuk material sambungan tulang pinggul buatan pertama diproduksi di Eropa dan Jepang. Di Perancis, pertama kali tercatat penggunaan COC pada tahun 1971 dan 1972. Tahun 1977, di Shikita, Jepang, diperkenalkan untuk pertama kali penggunaan alumina sebagai femoral head dan UHMWPE sebagai acetabular cup. Desain pertama dari COC adalah femoral head menggunakan alumina keramik (Al 2 O 3 ), demikian juga untuk acetabular cup. Tetapi femoral stem menggunakan CoCr. Desain ini dikembangkan oleh Sedel di Paris, dan Mittelmeier di Jerman. Semula fiksasi yang digunakan adalah menggunakan screw, tanpa menggunakan semen. Tahun 1980an, ceramic sudah menggunakan semen yang di perkenalkan oleh Mittelmeier. Model Mettilmeier inilah yang dari tahun 1980 banyak digunakan. Gesekan yang rendah, ketahanan aus yang tinggi, dan mempunyai biokompetibel yang baik menjadikan alumina-on-alumina bearing layak menjadikanya sebagai pilihan (Kurtz, S.M., 2009). Berdasarkan kajian secara klinis untuk material ini mengidikasikan bahwa pasangan bearing ini merupakan pilihan yang tepat untuk pasien yang berusia muda dan sangat aktif. Namun demikian masih ditemukan kelemahankelemahan dari pasangan bearing ini yakni timbulnya suara (noise) dan patah (fracture). (Manley, M.T., 2008). Belakangan ini penelitian juga diarahkan pada pengaruh diameter bearing terhadap tingkat keausannya. Ukuran diameter bearing yang besar terbukti 2 Jurnal Sains & Teknologi Vol.4 No.1 Juni 2011

mempunyai tingkat keusan yang lebih rendah dibanding dengan ukuran yang lebih kecil (Pandorf, T., 2007 dan Dalla, P., 2007). Sedangkan pengembangan pada material keramik mengarah pada penggunaan new material ceramic formulations yaitu zirconia-toughened alumina matrix composite (ZTAM), oxidized zirconium composite (OZC) dan silicon nitride (SN) (Manley, M.T., 2008). a. Zirconia-toughened alumina matrix composite Zirconia-toughened alumina matrix composite merupakan satu jenis keramik yang terdiri dari 82% alumina matrik yang di reinforced zirconia 17%, strontium aluminate 0.5%), dan chromium oxide 0.5%. Kelebihan dari material ini adalah mempunyai kekuatan, ketangguhan dan ketahanan aus yang lebih tinggi dari alumina. Komposisi kimia dan mikrostruktur dari material ini pada Gambar 2.3. (a) (b) Gambar 1. Komposisi kimia (A) dan mikrostruktur (B) dari zirconia-toughened alumina matrix composite (Kurtz, S.M., 2009). b. Oxidized zirconium composite Oxidized zirconium composite atau di pasaran yang dikenal dengan nama OXINIUM merupakan keramik yang terbuat dengan memanaskan paduan zirconium. Fase dari material ini terdiri dari 95% monoclinic stabil. Material ini terdiri dari paduan zirconium dan 2.5% nobium (Ries, M.D., 2006). c. Silicon nitride ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN Veronica 3

Silicon nitride (Si3N4) adalah merupakan pendatang baru dalam hard-on-hard hip bearing. Material ini mempunyai modulus elastisitas 315 GPa dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi dari pada alumina. Keramik ini terdiri dari 90% Si3N4 bubuk (mempunyai ukuran partikel of 0.5 µm), 6% yttrium oxide (Y2O3) dan 4% alumina (Al 2 O 3 ). Pada pengujian keausan untuk COM dan COC bearing pada hip simulator menunjukkan hasil laju keausan yang lebih rendah bila dibandingkan dengan alumina-onalumina. Geometri sambungan tulang pinggul buatan terdiri dari lima bagian yaitu stem, femoral head, acetabular cup, semen dan shell. Dari kelima bagian yang merupakan bagian kritis adalah femoral head dan acetabular cup. Hal ini dikarenakan pada bagian tersebut terjadi kontak dinamis antara dua bagian tersebut. Jenis material untuk femoral head umumnya terbuat dari logam seperti cobalt-crom (CoCr), stainless steel (ST 316L), titanium alloy (Anonim, 2009) atau terbuat dari keramik seperti alumina dan zirkonia (Clarke, 2007). Aspek tribologi yang banyak menyebabkan kegagalan sistem sambungan tulang pinggul buatan antara lain wear, friction, tekanan kontak dan tegangan yang berlebih. Tekanan kontak sangat berpengaruh terhadap lama tidaknya mempercepat keausan dari permukaan kontak. Distribusi tekanan kontak yang terkonsentrasi akan mempercepat keausan dari permukaan kontak. Perancangan geometri dan material menentukan besar kecilnya tekanan kontak maksimum dan distribusi tekanan kontaknya. Kerusakan juga terjadi akibat pembebanan yang terlalu besar sehingga melebihi batas kemampuan yang bisa ditahan oleh sambungan tulang tersebut (Sugiyanto, 2010). Pemakaian keramik sebagai femoral head mengalami kemajuan yang pesat. Hal tersebut dikarenakan keramik mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan material logam. Kelebihan tersebut diantaranya adalah mempunyai gesekan yang rendah, ketahanan aus yang tinggi dan mempunyai sifat biocompatibility yang baik (Manley, 2008). Dibandingkan dengan CoCr head, penggunaan alumina dapat mereduksi linear wear secara signifikan (Hendrich, 2007). Namun demikian masih ditemukan kelemahan-kelemahan dari pasangan bearing ini yakni timbulnya suara (noise) dan patah (fracture). (Manley, 2008). Belakangan ini penelitian juga diarahkan pada pengaruh diameter bearing terhadap tingkat keausannya. Ukuran diameter bearing yang besar terbukti mempunyai tingkat keusan yang lebih rendah dibanding dengan ukuran yang lebih kecil (Pandorf, 2007 dan Dalla, 2007). Sedangkan pengembangan pada material keramik mengarah pada penggunaan new material 4 Jurnal Sains & Teknologi Vol.4 No.1 Juni 2011

ceramic formulations yaitu zirconia-toughened alumina matrix composite (ZTAM), oxidized zirconium composite (OZC) dan silicon nitride (SN) (Manley, 2008). Analisa tegangan yang terjadi pada permukaan acetabular cups perlu terus dikembangkan dengan mengaplikasikan new material ceramic formulations sebagai femoral head dan sebagai acetabular cup. Penelitian ini menggunakan metode elemen hingga dengan finite element software. Penelitian ini membuat pemodelan kasus kontak pada hip joint system yang menerima beban statik selama kurun waktu tertentu. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penggunaan new material ceramic formulations sebagai femoral head dan sebagai acetabular cup terhadap hasil distribusi tekanan kontak dan von Mises stress yang terjadi pada sistem sambungan tulang buatan jika diberi beban statik selama kurun waktu tertentu. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan lagi untuk membuat optimasi desain sambungan tulang pinggul buatan. METODOLOGI Langkah awal dari penelitian ini adalah melakukan validasi terhadap model dari hasil penelitian sebelumnya. Proses validasi diperlukan guna menjamin bahwa pemodelan sudah dalam arah yang benar. Langkah selanjutnya adalah mengembangkan penelitian dengan mengaplikasikan new material ceramic formulations sebagai femoral head dan sebagai acetabular cup pada hip joint system. Pada Gambar 1. ini menjelaskan langkah-langkah penelitian dari mulai sampai dengan selesai. Langkah awal penelitian adalah studi pustaka yaitu mempelajari referensi-referensi baik dalam bentuk buku teks maupun jurnal-jurnal hasil penelitian yang relavan dengan tema penelitian yakni tentang sambungan tulang pinggul buatan. Pada studi pustaka juga ditentukan tujuan dari penelitian yang akan dilakukan. Selain itu pada langkah ini juga dilakukan pendalaman terhadap jurnal-jurnal penelitian tentang sambungan tulang pinggul buatan dari model-model yang dikembangkan oleh peneliti sebelumnya. Langkah selanjutnya adalah melakukan validasi dengan model yang dikembangkan oleh peneliti sebelumnya. Bila hasil yang didapatkan telah sesuai dengan hasil penelitian tersebut, hal itu berarti prosedur pemodelan yang dilakukan sudah dalam arah yang benar. ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN Veronica 5 Rochmad Winarso, Jamari Ismoyo,Haryanto

Mulai Studi Pustaka Validasi model metal-on-konvensional UHMWPE dengan finite element software 2D Axisymmetric Tidak Validasi dengan model lain dengan error 5%? Ya Simulasi finite element software 2D Axisymmetric model cerami-on-ceramic Hasil dan Analisa Kesimpulan Selesai Gambar 2. Flowchart penelitian Selanjutnya melakukan mengembangkan dengan model yang sesuai dengan yang tema penelitian yang direncanakan. Apabila telah didapatkan hasil, selanjutnya hasil yang didapatkan dibahas sesuai dengan teori yang ada. Dari pembahasan ini maka didapatkan beberapa kesimpulan yang mengacu pada tujuan penelitian. Material properties yang digunakan sebagai masukan dalam pemodelan di finite element software dapat dilihat pada Tabel 1. penelitian ini ditunjukkan pada gambar 2. Dimensi pemodelan yang dibuat dalam 6 Jurnal Sains & Teknologi Vol.4 No.1 Juni 2011

Cortical bone Consellous bone Cement Acetabular cup Femoral head 16.96 18.55 22.55 Gambar 3. Dimensi pemodelan dalam sambungan tulang pinggul buatan Tabel 1 Material properties. Material Young modulus Poisson's [MPa] ratio (v) ZTAM 360000 0.23 OZC 210000 0.23 Silicon Nitride (SN) 315000 0.23 Acrylic cement 2270 0.23 Concellous bone 800 0.2 Cortical bone 17000 0.3 Pembebanan dilakukan pada titik pusat dari femoral head dan acetabular cup dengan mempertimbangkan body mass index (BMI) yang didasarkan pada ukuran femoral head bone. Besar pembebanan diberikan sebesar 1882 N untuk diameter femoral head bone rata-rata 45,1 ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN Veronica 7 Rochmad Winarso, Jamari Ismoyo,Haryanto

mm (Lamvohee, 2006). Pemodelan dilakukan secara linear elastic. Beban yang diberikan untuk pemodelan linear elastic adalah beban static dan waktu penahanan selama 1 detik. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada pemodelan kontak tulang pinggul buatan ceramic-on-ceramic disimulasikan sembilan pasangan material yang digunakan yaitu : ZTAM-on-ZTAM, ZTAM-on-OZC, ZTAM-on-SN, OZC-on-ZTAM, OZC-on-OZC, OZC-on-SN, SN-on-ZTAM, SN-on-OZC dan SN-on-SN. Hasil yang didapat dari penelitian ini menunjukkan bahwa distribusi tekanan kontak yang terjadi pada ceramic-on-ceramic mempunyai kecenderungan yang sama dengan hasil distribusi kontak pada simulasi dari pasangan material sebelumnya yaitu menyerupai pelana kuda. Hasil tersebut juga mempunyai trend yang sama dengan hasil penelitian Yew, A., et al.,(2003) dan Ansori, C., (2010) Perbandingan distribusi tekanan kontak pada permukaan antar pasangan material dapat dilihat pada Gambar 4. Tekanan kontak maksimum yang terjadi pada tiap pasangan besarnya juga bervariasi satu dengan yang lain. Variasi besar tekanan kontak maksimal yang terjadi pada tiap pasangan seperti pada Gambar 5. Dari Gambar 5 dapat disimpulkan bahwa besar tekanan kontak maksimum dan minimum yang terjadi perbedaanya cukup signifikan yaitu sebesar 32,86%. Tekanan kontak maksimum terjadi pada pasangan ZTAM-on-ZTAM yaitu sebesar 25,722 MPa dan tekanan kontak minimum terjadi pada pasangan SN-on-OZC yaitu sebesar 19,361 MPa. Tekanan Kontak [MPa] 30 25 20 15 10 5 0-5 0 10 20 30 Angular Coordinate [degree] ZTAM-on-ZTAM ZTAM-on-OZC ZTAM-on-SN OZC-on-ZTAM OZC-on-OZC OZC-on-SN SN-on-ZTAM SN-on-OZC Gambar 4. Distribusi tekanan kontak pada ceramic-on-ceramic. 8 Jurnal Sains & Teknologi Vol.4 No.1 Juni 2011

Tekanan Kontak Maksimum [MPa] 27 25 23 21 19 17 15 25,722 23,033 24,063 24,939 19,780 19,845 21,563 19,361 22,809 Pasangan Material Gambar 5. Tekanan kontak maksimum pada ceramic-on-ceramic. Jari-jari kontak yang terjadi pada sembilan pasangan ceramic-on-metal besarnya juga bervariasi satu dangan yang lain. Dari Gambar 6 menunjukkan bahwa besar jari-jari kontak maksimum dan minimum yang terjadi perbedaanya juga cukup signifikan yaitu sebesar 18,84%. Jari-jari kontak terbesar terjadi pada pasangan OZC-on-OZC yaitu sebesar 7,1253 mm dan jari-jari kontak terkecil terjadi pada lima pasangan yaitu ZTAM-on-ZTAM, dan SN-on-SN sebesar 5,99 ZTAM- on-sn, OZC-on-ZTAM, SN-on-ZTAM mm. Jari-jari Kontak [mm] 7.5 7 6.5 6 5.5 5 5,996 6,512 5,996 5,997 7,125 6,035 5,996 7,020 5,996 Pasangan Material Gambar 6 Jari-jari kontak maksimum pada ceramic-on-ceramic. Variasi besar tegangann von Mises di tiap bagian yang terjadi pada ceramic-on-ceramic seperti pada Gambar 7. Gambar 7 menunjukkan bahwa untuk ceramic-on-ceramic dapat diketahui tegangan von Mises terbesar terjadi pada bagian acetabular cup. Sama dengan distribusi tegangan von Mises sebelumnya, pada bagian ini besar tegangan von Mises maksimum dan minimum yang terjadi perbedaanya cukup signifikan, yaitu sebesar 56,58%. ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENG Veronica GGUNAKAN 9

Pada bagian acetabular cup tegangan von Mises maksimum terjadi pada pasangan ZTAM-on- ZTAM yaitu sebesar 150,5 MPa dan tegangan von Mises minimum terjadi pada pasangan OZC-on-OZC yaitu 96,12 MPa. Pada bagian femoral head, besar tegangan von Mises maksimum dan minimum yang terjadi pada tiap pasangan material perbedaanya kecil yaitu sebesar 5,11%. Pada bagian ini tegangan von Mises maksimum terjadi pada pasangan OZC-on-SN yaitu sebesar 22,02 MPa dan tegangan von Mises minimum terjadi pada pasangan OZC-on-OZC yaitu 21,95 MPa. Pada bagian lainnya yaitu semen, concellous bone dan cortical bone, besar tegangan von Mises yang terjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan yang terjadi pada acetabular cup dan femoral head. Pada bagian tersebut, besar tegangan von Mises maksimum dan minimum yang terjadi pada tiap pasangan material perbedaanya juga relatif kecil yaitu rata-rata sebesar 7,38%. Besar rata-rata tegangan von Mises yang terjadi pada bagian semen adalah sebesar 3,09 MPa, pada bagian concellous bone sebesar 1,02 MPa dan pada bagian cortical bone sebesar 5,64 MPa. von Mises Stress [MPa] 160 150,5 137,2 143,6 149,8 140 130,1 136,7 120 103,6 103,3 96,12 100 80 60 40 21.77 21.72 21.75 21.62 20.95 22.02 21.77 21.72 21.75 20 0 Head Cup Cement Concellius Cortical Pasangan Material Gambar 7. von Mises stress tiap bagian pada ceramic-on-ceramic. Berdasarkan Gambar 8 dapat diketahui bahwa tegangan terbesar akan terjadi pada bagian acetabular cup. Mengingat bagian tersebut terbuat dari material keramik yang bersifat brittle maka analisis tegangan yang paling sesuai untuk material tersebut adalah max. principal stress. Max. principal stress maksimum terjadi pada pasangan ZTAM-on-ZTAM yaitu sebesar 142,7 MPa dan max. principal stress minimum terjadi pada pasangan OZC-on- OZC yaitu sebesar 89,42 MPa (Gambar 8). 10 Jurnal Sains & Teknologi Vol.4 No.1 Juni 2011

Max. Pricipal Stress[MPa] 150 125 100 75 50 142,7 97,18 129,6 137 89,42 124,2 142 96,87 129,1 Pasangan Material Gambar 8. Max. principal stress pada ceramic-on-ceramic. Dari analisis di atas dapat disimpulkan bahwa besar tekanan kontak, jari-jari kontak, tegangan von Mises dan max. principal stress yang terjadi pada tiap-tiap pasangan berbeda. Tegangan von Mises maksimum dan max. principal stress terjadi pada bagian acetabular cup. Pasangan ZTAM-on-ZTAM mengalami tekanan kontak terbesar dan pasangan SN-on-OZC mengalami tekanan kontak terkecil. Tegangan von Mises dan max. principal stress terbesar terjadi pada pasangan ZTAM-on-ZTAM sedangkan tegangan von Mises dan max. principal stress terkecil terjadi pada pasangan OZC-on-OZC. KESIMPULAN Pada pemodelan kontak tulang pinggul buatan ceramic-on-ceramic disimulasikan sembilan pasangan material yang digunakan yaitu : ZTAM-on-ZTAM, ZTAM-on-OZC, ZTAM-on-SN, OZC-on-ZTAM, OZC-on-OZC, OZC-on-SN, SN-on-ZTAM, SN-on-OZC dan SN-on-SN. Hasil yang didapat dari penelitian ini menunjukkan bahwa distribusi tekanan kontak yang terjadi pada ceramic-on-ceramic akan berkurang dengan semakin besarnya angular koordinat. besar tekanan kontak, jari-jari kontak, tegangan von Mises dan max. principal stress yang terjadi pada tiap-tiap pasangan berbeda. Tegangan von Mises maksimum dan max. principal stress terjadi pada bagian acetabular cup. Pasangan ZTAM-on-ZTAM mengalami tekanan kontak terbesar dan pasangan SN-on-OZC mengalami tekanan kontak terkecil. Tegangan von Mises dan max. principal stress terbesar terjadi pada pasangan ZTAMon-ZTAM sedangkan tegangan von Mises dan max. principal stress terkecil terjadi pada pasangan OZC-on-OZC. ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN Veronica 11

DAFTAR PUSTAKA Anonim., 2009, Biomaterials in Orthopaedic Surgery, ASM International. Clarke. I, C., Green. D., Williams. P., Pezzotti, Donaldson.T., 2007, Wear Performance of 36 mm Biolox forte / delta Hip Combinations Compared in Simulated Severe Micro- Separation Test Mode, Bioceramics and alternative Bearing in Joint Anthroplasty, 12th BIOLOX Symposium Proceedings, Seoul, Republic of Korea. Dalla. P., Pressacco. M., Benazzo. F., Fusi. S., 2007, Evolution for Diameters Features and Results, Bioceramics and alternative Bearing in Joint Anthroplasty, 12th BIOLOX Symposium Seoul, Republic of Korea. Hendrich. C., Wollmerstedt. N., Goebel. S., Martell. J.M., 2007, Influence of the Wear- Couple and Patient Activity on Linear Wear in Total Hip Replacement, Bioceramics and alternative Bearing in Joint Anthroplasty, 12th BIOLOX Symposium Proceedings, Seoul, Republic of Korea. Kurtz S.M., 2009, UHMWPE Biomaterial Handbook, Elsevier Inc, USA. Kurtz, S.M., Giddings, V., Muratoglu, O., O'Connor, D., Harris, W., Krevolin, J., (2000), Stresses in a highly crosslinked acetabular component for total hip replacement, Orthopaedic Research Society, 46th Annual Meeting, Orlando, Florida. Lamvohee, J.M.S., Mootanah, R., Ingle, P., Dowell, J., Cheah, K., (2006), Optimum thickness of cement mantle for hip replacement patients with different acetabulae sizes, bone quality and body mass index Anglia Ruskin University, Bioengineering Research Group, Department of Design and Technology, Faculty of Science and Technology, Bishop Hall Lane, Chelmsford, Essex, CM1 1SQ, UK. Manley M.T., Sutton, K., 2008, Bearings of the future for total hip arthroplasty, The Journal of Arthroplasty, Vol. 23 No. 7 Suppl. 1, Published by Elsevier Inc. Pandorf, T., (2007), Wear of large Ceramic Bearings, Bioceramics and alternative Bearing in Joint Anthroplasty, 12th BIOLOX Symposium Seoul, Republic of Korea. Sugiyanto, Tauviqirrahman, M., Ismail, R., Jamari, Ansori, C., (2010), Analisa Pengaruh Ketebalan Acetabular Cup terhadap Tekanan Kontak pada Sambungan Tulang Pinggul Buatan Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi 2010, Fakultas Teknik, Universitas Wahid Hasyim Semarang. 12 Jurnal Sains & Teknologi Vol.4 No.1 Juni 2011

Ulrich G., Christian U., 2008, Mechanical Relaxation of Medical Grade UHMWPE of Different Crosslink Density as Prepared by Electron Beam Irradiation, Institute for Polymer Technology (IKT), University of Stuttgart, Pfaffenwaldring 32, 0569 Stuttgart, Germany. ANALISA CERAMIC-ON-CERAMIC PADA SAMBUNGAN TULANG PINGGUL BUATAN MENGGUNAKAN Veronica 13 Rochmad Winarso, Jamari Ismoyo,Haryanto