28781

بررسي تاثير طراحي منگنه‌هاي فلزي بر توزيع تنش و كرنش حين بسته شدن با استفاده از روش اجزاي محدود

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي گرايش شكل دادن فلزات

1399

1402/4/18

دكتر عليرضا ايواني

دكتر حميدرضا جعفريان

مهندسي مواد و متالورژي

تضمين سلامت انسان پس از ابتلا به بيماري از نگراني‌هاي بشر بوده و هست. يكي از ابداعات بشر براي درمان سريعتر زخم‌ها بخيه زدن بود. يكي از روش‌هاي بخيه زدن كه در سال‌هاي اخير بيشتر مورد توجه قرار گرفته، بخيه زدن با استفاده از منگنه جراحي است. با گذشت زمان و شناخت بهتر كاربردهاي اين ابزار جراحي، پارامترهاي مختلفي براي ساخت آن‌ها در نظر گرفته شد. يكي از اين پارامترها جنس منگنه جراحي است كه مي‌تواند از انواع مختلف مانند مواد غيرقابل تجزيه نايتينولي و يا تجزيه‌پذير منيزيمي و پليمري انتخاب شود. براي بهبود كارايي منگنه‌هاي جراحي در بستن زخم و روند درمان، پژوهش‌ها تنها به تغيير نوع ماده محدود نشده‌اند. محققان به تجربه دريافتند كه تنشي كه پس از بستن منگنه به وجود مي‌آيد مي‌تواند منجر به شكست زود هنگام و باز شدن بخيه شود. بنابراين پيشنهادهايي براي تغيير در هندسه منگنه‌ها ارائه شده است. امكان بررسي تاثير تغيير در پارامترهاي هندسي با استفاده از مدل‌هاي تجربي و مدل‌سازي در نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي وجود دارد. با شبيه‌سازي منگنه‌هاي جراحي در محيط دو بعدي و سه بعدي مي‌توان توزيع تنش و كرنش را در بخش‌هاي مختلف شناسايي كرد و به تناسب شرايط، هندسه را بهينه نمود. در اين پژوهش با تغيير سه پارامتر هندسي موثر بهينه‌سازي انجام شده است. اين پارامترها شامل شعاع انحنا، زاويه پايه‌ها و شعاع سطح مقطع منگنه جراحي بودند. پس از اصلاح هندسه، پيش‌بيني امكان شكست منگنه بر پايه مقايسه نتايج حاصل از شبيه‌سازي و مدل شكست كاك‌كرافت – لتهام انجام شده است. سپس با استفاده از نمونه‌هايي از جنس آلياژ WE43 آزمايش كشش انجام شد و با محاسبه مساحت زير نمودار تنش – كرنش، ثابت بحراني كاك‌كرافت – لتهام (C) برابر با 8/56 به دست آمد. در ادامه ثابت C با مقدار بحراني حاصل از انتگرال (WC) براي مدل‌هاي شبيه‌سازي شده بررسي شده‌اند. مشاهده شد كه كاهش زاويه و شعاع انحنا منگنه جراحي در كاهش تنش‌هاي موضعي در بخش انحنا منگنه‌ها تاثيرگذار بوده و مقدار بحراني حاصل از انتگرال به كمتر از ثابت بحراني كاك‌كرافت – لتهام به دست آمده است و پيش‌بيني بهتري در برابر آسيب و شكست نشان مي‌دهند.

1402/07/09

Investigation of the effect of metal staples design on stress and strain distribution during closure by using finite element methods

7/8/2024 12:00:00 AM

Ensuring human health after getting sick was and is one of the concerns of mankind. In this regard, various innovations have been shown to heal diseases and injuries faster. One of the suturing methods that has received more attention in recent years is suturing using surgical staples. The effect of using surgical staples was to the extent that it could encourage researchers to research and innovate in this field. With the passage of time and a better understanding of the applications of these surgical tools, various parameters were considered for their manufacture One of these parameters is the material used to make surgical staples, which can be chosen from various materials such as nitinol or non-degradable magnesium and degradable polymer materials. In order to improve the efficiency of surgical staples in wound closure and the healing process, research was not limited to changing the type of material. They found experimentally that the stresses that develop after stapling can lead to premature failure and lead the opening of the suture. Therefore, they also made suggestions to change its geometry. It is possible to investigate the effect of changes in geometric parameters using experimental models and modeling in simulation software. By simulating surgical staples in two-dimensional and three-dimensional environments, it is possible to identify the distribution of stress and strain in different parts and optimize the geometry according to the conditions. The purpose of this research is to investigate new geometries to reduce local stresses to prevent premature failure of magmagnesium-biodegradablergical staples. After modifying the geometry, the possibility of staple failure was predicted based on the comparison of the simulation results and the Cockroft-Latham stress model. It was observed that changing the angle of the staple bases and the curvature of the arches will reduce the intensity of the local stresses after bending.

روش المان محدود , مدل كاك‌كرافت – لتهام , زيست تخريب پذيري , منگنه جراحي , شبيه‌سازي

finite element method , Cockcroft-Latham model , biodegradability , simulation , surgical staple

Pooneh Rostamian

Dr. Alireza Eivani