انجام بهينه سازي توپولوژي بر روي ايمپلنت مفصل ران به منظور كاهش سپر تنشي

كارشناسي ارشد

امروزه در علم طراحي، هدف تنها طراحي جهت برآوردن نياز ن‌مي‌باشد، بلكه طراحي بهينه و كاهش وزن و مواد مصرفي، به يك الزام تبديل شده است، بهينه سازي يافتن بهترين جواب در خروجي از يك تابع با فرايند، بوسيله تغيير ورودي‌هاي يك سيستم ‌مي‌باشد. در دنياي امروز با توجه به مسئله كاهش مصرف و وزن در ساخت قطعات، بحث بهينه سازي مورد استقبال فراواني قرار گرفته است. بهينه سازي در دنياي امروز به يكي از اولويتهاي طراحي قطعات بدل شده است يكي از شاخه‌هاي بهينه سازي ساختاري، بهينه سازي توپولوژي است. بهينه سازي توپولوژي به معناي علم مكان شناختي قرار گيري يك جسم است. بهينه سازي توپولوژي در واقع يك مدل بهينه از توزيع و پراكندگي ماده در يك قطعه را با توجه به تابع هدفي كه ما براي آن تعيين ‌مي‌كنيم، ارائه ‌مي‌دهد. با تغيير مرز گره‌هاي المانهاي روي سطح سعي در كاهش تمركز تنش در آنها ‌مي‌شود. سپر تنشي پديده اي است كه بعد از عمل آرتروپلاستي و جايگذاري ايمپلنت به جاي استخوان معيوب در داخل بدن، به علت تفاوت در سفتي مواد به كار گرفته شده در ساخت ايمپلنت و استخوان به وجود ‌مي‌آيد. سپر تنشي باعث ‌مي‌شود تا تنش‌هاي وارده به استخوان كاهش يافته و بدين ترتيب بر اساس قانون ولف استخوان رفته رفته ضعيف تر بشود و عمل بازسازي استخوان از طرف سلول‌هاي بدن به درستي انجام نگيرد. اين پايان نامه به شناسايي و بررسي تكنيكها و الگوريتم‌هاي بهينه سازي، و بكارگيري آن در بهينه سازي ايمپلنت مفصل ران به منظوركاهش سپر تنشي پرداخته شده است. در اين پايان نامه به ارايه راه حل جديدي از بهينه سازي توپولوژي پرداخته شده است. بهينه سازي انجام شده بر روي ايمپلنت مفصل ران مورد نظر بر اساس حداقل حجم و حداقل انرژي سفتي. لازم به ذكر است كه اين دو در نهايت بطور همزمان براي مسئله در نظر گرفته شده است. يعني بطور جدا از هم نمي‌باشند روش بكار گرفته شده براي بهينه سازي توپولوژي روش SIMP ‌مي‌باشد. در اين پايان نامه به دنبال بهينه سازي ايمپلنت مفصل ران، هستيم. در اين روش براي هر المان درصدي از چگالي در نظر گرفته ‌مي‌شود. و المان‌ها با چگالي مياني جريمه ‌مي‌شوند. در اين روش ابتدا به تحليل المان محدود بر روي شكل مورد نظر پرداخته ‌مي‌شود، سپس از المان‌هايي كه نقش كمتري در تحمل بار مورد نظر را دارند درصدي از چگالي آن المان برداشته ‌مي‌شود و دوباره تحليل صورت ‌مي‌گيرد. در نهايت با توجه به ضريب جريمه كه در نظر گرفته شده است المان‌هايي كه ضريب حساسيت كمتري نسبت به مقدار محاسبه شده دارند چگالي آنها صفر در نظر گرفته يا به عبارتي حذف ‌مي‌شوند. اين فرآيند تا زمانيكه شرايط تابع هدف و قيدها فراهم باشد تكرار ‌مي‌شود. هدف از انجام بهينه سازي در اين پايان نامه توليد ايمپلنتي سبكتر و با دوام بيشتر در داخل بدن ‌مي‌باشد.

193992

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي پزشكي - بيومكانيك

دكتر منصور عليزاده