تحليل ساختار متابيو مواد تركيبي در كاربرد ايمپلنت مفصل ران

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

چكيده در اين پژوهش يك ايمپلنت تركيبي جديد متشكل از دو ساختار مشبك لانه‌زنبوري و آگزتيك با نسبت متغير سلول در طول ساق، معرفي و عملكرد آن با شش مدل ديگر ايمپلنت ران از نظر توزيع تنش و كرنش و كيفيت اتصال استخوان و ايمپلنت مقايسه شد. مكان هندسي تارخنثي براي ساختار تركيبي تحت فشار خارج از محور با استفاده از روابط تحليلي مشخص و به عنوان مرز بين سلول‌هاي آگزتيك و لانهزنبوري در ايمپلنت تركيبي پيشنهاد شد. مدل سه‌بعدي ايمپلنت و استخوان در نرم‌افزارهاي اينونتور و ساليدوركز توليد شد و سپس در نرم‌افزار آباكوس بهروش اجزاء محدود چندمقياسه تحليل شد. براي پيش‌بيني خواص مكانيكي اورتوتروپيك در سطح ميكرو، يك سلول واحد از ساختارهاي آگزتيك و لانه‌زنبوري با اعمال شرايط مرزي تناوبي همگن‌سازي شد. نتايج به‌دست‌آمده از روش همگن‌سازي با نتايج عددي، تحليلي و تجربي تأييد شدند. سپس ضرايب الاستيك محاسبه‌شده به عنوان ورودي براي تحليل ايمپلنت در سطح ماكرو تحت فشار خارج از محور مورد استفاده قرار گرفت. مطابق نتايج، در صورت استفاده از ساختار تركييي در ايمپلنت ران، ساختار از طرفين منبسط ميشود و در نتيجه از لقي ايمپلنت در محل اتصال آن با استخوان جلوگيري ميشود. ايمپلنت تركيبي موجب توزيع تنش يكنواختتري هم در سطح مشترك تماس بين ايمپلنت و استخوان و هم داخل ساختمان ايمپلنت مي‌شوند كه كاهش سپر تنشي را به دنبال خواهد داشت. حداكثر تنش فونميسز در ساق ايمپلنت تركيبي 22 مگاپاسكال است كه نسبت به ساير مدلها كمترين مقدار بوده و حدود 11 برابر كمتر از مدل جامد توپر است. تقريباً در تمام قسمت‌هاي تماس استخوان و ايمپلنت تركيبي، تنش فشاري ايجاد مي‌شود كه موجب ثبات بهتر ايمپلنت داخل استخوان مي‌شود. ساير مدلها در قسمتهايي از لبهي مياني و بيروني داراي مقادير مثبت تنش عرضي در استخوان هستند كه اين موضوع از نشانه‌هاي لقي ايمپلنت است. هم‌چنين تنها در مدل تركيبي هر دو لبه مياني و بيروني كرنش عرضي مثبت در طول ساق ايمپلنت دارد كه اين امر موجب افزايش انبساط عرضي و بهبود ثبات ايمپلنت داخل استخوان مي‌شود. در لبه بيروني ايمپلنت جايي كه احتمال لق‌شدن ايمپلنت‌ توپر به خاطر ايجاد كرنش عرضي منفي و انقباض هست، ايمپلنت تركيبي كرنش عرضي مثبت را تجربه مي‌كند و در لبه مياني آن هم كرنش عرضي مثبت حدوداً 9/4 برابر بزرگتر از كرنش عرضي مدل جامد توپر ايجاد مي‌شود.

223323

طراحي كاربردي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان