عنوان پروژه: تحلیل تجربی و عددی اثر نرخ بارگذاری برخواص مکانیکی ایمپلنتهای استخوانی پایین تنه متخلخل ساخته شده به روش چاپ سه بعدی
| دانشجو |
سیامک قدمی بدرلو |
| استادان راهنما |
دکتر محمدرضا رازفر (مرتبه علمی: استاد دانشکده مهندسی مکانیک ـ دانشگاه امیرکبیر) |
| دکتر محسن خواجه زاده (مرتبه علمی: دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک ـ دانشگاه امیرکبیر) |
| هیات داوران |
دکتر مجتبی صدیقی (مرتبه علمی: استاد دانشکده مهندسی مکانیک ـ دانشگاه امیرکبیر)
دکتر عبدالرضا رحیمی (مرتبه علمی: دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک ـ دانشگاه امیرکبیر)
دکتر نبی ابوالفتحی (مرتبه علمی: استادیار دانشکده مهندسی پزشکی ـ دانشگاه امیرکبیر) |
دکتر محمدرضا موحدی (مرتبه علمی: استاد دانشکده مهندسی مکانیک ـ دانشگاه شریف)
دکتر کارن ابری نیا (مرتبه علمی: استاد دانشکده مهندسی مکانیک ـ دانشگاه تهران)
|
|
چکیده:
به عنوان یک اصل، ایمپلنتهای استخوانی حمال بار پایینتنه باید حداکثر مشابهت خواص الاستیک مکانیکی با بافت جایگزین داشته باشند که این امر با چالشهای زیادی همراه است. طراحان تاکنون صرفاً رویکرد شبهاستاتیک داشته که فقط مدول الاستیک در نظر گرفته میشود. این رویکرد دارای نقص اساسی است چرا که بدن اصولاً یک سازه دینامیکی است. از سویی، استخوان وظایف دینامیکی حیاتی شامل جذب شوک و ضربه، فیلتر میان گذر فرکانس امواج الاستیک، تنظیم شتاب و تنش بافتها و کنترل فرکانس تحریک بهینه سلولها را دارد که پارامترهای دمپینگ و فرکانس طبیعی نقش کلیدی دارند. همچنین، کاشت ایمپلنت در پایینتنه سبب کاهش دمپینگ پا و افزایش نیرو و تنش در کل آن و حتی تمام بدن میشود. فرکانس طبیعی نیز نقش مهمی در از کارافتادگی ایمپلنتها دارد. پس ضروری است که رویکرد طراحی دینامیکی که جامعتر بوده و علاوه بر مدول الاستیک پارامترهای دمپینگ و فرکانس طبیعی را نیز در بر میگیرد، توسعه داده شود. لذا هدف این تحقیق تلاش در جهت "توصیف صحیحتر رفتار الاستیک" و "بهبود" فرآیند طراحی مکانیکی از طریق دخالت اثر "زمان" و "تدوین رویکرد دینامیکی در طراحی" ایمپلنتهای مشبک چاپ شده به روش ذوب گزینشی لیزری با روشهای تجربی و عددی بوده که در بخشهایی نیز از روش آنالیز آماری طراحی آزمایش بهره گرفته شده است. در این تحقیق پودر AISI ۳۱۶L، توپولوژی simple cubic و پارامترهای هندسی شامل ضخامت تیر، اندازه منفذ و تخلخل و نیز پارمترهای چاپ شامل توان و سرعت اسکن انتخاب شدند. نتایج حاکی از آن است که بطور کلی ایجاد تخلخل و تغییرات پارامترهای چاپ تا یک حد بهینه، سبب نزدیکتر شدن خواص دینامیکی ایمپلنتها به استخوان میشود. از نظر مدول الاستیک و فرکانس طبیعی میتوان به مشابهت۸۰%< با استخوان تر و خشک رسید اما دمپینگ نمونهها به ترتیب دارای مشابهت ۱۲%> و ۲۳%> به استخوان تر و خشک هستند. قابلیت چاپ با کنترل عیوب ساخت نقش پر رنگی در خواص دینامیکی داشته و محدوده هندسی بهینه زیستی لزوماً با ناحیه بهینه چاپ منطبق نیست. پارامترهای هندسی و قابلیت چاپ آنها اثرگذارتر از پارامترهای چاپ بر خواص دینامیکی هستند. در کل، با افزایش تخلخل و کاهش چگالی انرژی لیزر، پارامترهای مدول الاستیک و فرکانس طبیعی کاهش یافته ولی دمپینگ و حساسیت نرخ کرنش افزایش مییابند. رشد استخوان به درون ایمپلنت سبب بهبود دمپینگ و افزایش مدول الاستیک میشود. بطور کلی یک تعادل بین دمپینگ و مدول الاستیک مشاهده میشود. آنالیز المان محدود نیز توانایی خوبی در تخمین کمی و کیفی رفتار دینامیکی داشته و دقت آن با افزایش عیوب چاپ و کرنش افت میکند. برای نمونه بهینه، افزایش دمپینگ از طریق جذب شاک، سبب کاهش شدت تنش به میزان ۳۲% در استخوان و ۵۰% در ایمپلنت شده و stress shielding index نیز ۲۷% بهبود مییابد.
|
زمان: شنبه مورخ ۱۴۰۴/۰۲/۲۷، ساعت ۱۴
مکان برگزاری : اتاق کنفرانس دانشکده مهندسی مکانیک، ساختمان ابوریحان، طبقه ششم، اتاق ۶۲۹
|