28708

طراحي و شبيه سازي بيومكانيكي ايمپلنت ها

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1402/03/31

دكتر رامين هاشمي

دكتر احسان اعتمادي

مهندسي مكانيك

در اين پژوهش برروي بهبود عملكرد ايمپلنت‌هاي لگن تمركز شده است. دليل خرابي ايمپلنت‌ها فرسايش استخوان مي‌باشد. فرسايش استخوان مي‌تواند ناشي از تفاوت سفتي استخوان و ايمپلنت يا دور شدن ايمپلنت از استخوان پس از وارد آوردن بار خمشي به سر ايمپلنت شود. سازه‌هاي آگزتيك داراي ضريب پواسون منفي مي‌باشند. اين سازه ‌با توجه به اين ويژگي منحصربه‌فرد خود مي‌توانند موجب كاهش فاصله ايجاد شده بين استخوان و ايمپلنت در سمت تحت كشش ايمپلنت شوند. ازطرفي مي‌توان با وارد آوردن تنش به بافت استخوان پديده محافظت تنش را نيز كاهش داد. سازه‌هاي هيبريدي متشكل از سازه‌هاي آگزتيك و ضريب پواسون مثبت هستند. در اين تحقيق جهت كاهش مقدار فاصله ايجاد شده بين بافت استخوان و ايمپلنت و همچنين ايجاد تنش روي استخوان در سمتي كه در ايمپلنت تحت كشش مي‌باشد از سازه‌هاي هيبريدي درون ايمپلنت استفاده شده‌است. اين عمل امكان تنظيم سفتي را نيز فراهم مي‌كند. براي انجام تحقيق ابتدا سازه‌هاي متداول هيبريدي مدل‌سازي شده و به روش شبيه‌سازي المان محدود بهترين سازه انتخاب شده است. به علت تعدد پارامترهاي طراحي از روش غربالگري دو سطحي جهت انتخاب پارامترهاي موثر در بهينه استفاده شده‌است. سپس با استفاده از روش سطح پاسخ سه سطحي سازه مورد نظر بهينه شده‌است. بهينه‌سازي پارامترهاي طراحي موجب تاثير بيشتر ايمپلنت روي بافت استخوان و اصلاح توزيع تنش روي آن شده‌است. سفتي خطي 52% و جابه‌جايي استخوان 180% بهبود در عملكرد را شاهد بودند كه موجب كاهش پديده محافظت تنش مي‌شود. بهبود 56% جابه‌جايي ايمپلنت نيز موجب كاهش فاصله ميان بافت استخوان و ايمپلنت مي‌شود. اين كاهش فاصله از آزاد شدن ذرات از بافت در اثر سايش جلوگيري كرده كه التهاب بافت را كاهش مي‌دهد.

1402/06/20

biomechanical design and simulation of implants

6/20/2024 12:00:00 AM

In this research, it is focused on improving the performance of hip implants. About 10% of these implants require corrective surgery within 10 years after placement. This failure caused by aseptic loosening. Aseptic loosening can be caused by the difference in the stiffness of the bone and the implant or the implant moving away from the bone after applying a bending load to the implant head. Auxetic structures have a negative Poisson's ratio. Due to this unique feature, this structure can reduce the distance created between the bone and the implant. On the other hand, they can also reduce the stress shielding phenomenon by imposing stress to the bone tissue. So, in this research, we have used hybrid mechanical metamaterials structures that have one side of the structure with a positive Poisson's ratio and one side of the structure with a negative Poisson's ratio, and we were able to improve the performance of the implant by about 50%.

ايمپلنت لگن , سازه هيبريدي , روش المان محدود , روش سطح پاسخ , آگزتيك

Hip implant , hybrid structure , finite element method , response surface method , auxetic

mohammad mohammadi

ramin hashemi