شماره ركورد
31017
پديد آورنده
سينا صالح پور
عنوان
مدلسازي اجزاي محدود شكست استخوان فمور در افراد داراي پروتز ران
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي - بيومكانيك
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/4/13
استاد راهنما
دكتر سياوش كاظمي راد
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
اندامهاي تحتاني شامل زانو، ران و لگن سالانه بخش زيادي از آسيبهاي ناشي از تصادف را به خود اختصاص ميدهند. شكست استخوان فمور يكي از شايعترين آسيبهاي وارد شده به سرنشينان است. از اين رو در اين پژوهش به بررسي شكست استخوان فمور در برخورد داشبورد به آن پرداخته شدهاست. جهت بالا بردن دقت شبيه سازي، خواص مكانيكي استخوان به صورت ناهمگن لحاظ شده است. به اين منظور يك استخوان فمور و پلويس پس از مدلسازي توسط نرم افزارهاي ميميكس و تري متيك جهت تحليل به صورت اجزا محدود مورد بررسي قرار گرفتهاست. درفاز اول پروژه يك جسم صلب با سه سرعت 7، 14 و 21 به استخوانهاي فمور و پلويس برخورد كرده و سپس تنشها در استخوانها مورد بررسي قرار گرفته است. در فاز دوم پروژه پس از انتخاب يك پروتز ران مناسب براي بيمار و طراحي آن، استخوان فمور آماده جايگذاري شده و پروتز كار گذاشته شدهاست. سپس مانند فاز اول پروژه برخورد داشبورد با سه سرعت مختلف شبيه سازي شدهاست. پس از بررسي تنشهاي وارد شده به سيستم توصيف شده، در هر دو فاز پروژه استخوان فمور و يا پروتز ميتوانند داراي نقاط بحراني باشند. از اين رو جهت بررسي شكست استخوان فمور از معيار بيشينه تنش فشاري و كششي و براي شكست پروتز از معيار Von Mises استفاده شدهاست. با توجه به نتايج پروژه ميتوان گفت كه در فاز اول پروژه شكست در شفت استخوان فمور رخ خواهد داد و علت اين شكست رسيدن تنش كششي به بيشينه مقدار خود است. در فاز دوم پروژه در تمامي سرعتها شكست در قسمت اتصال استخوان به قسمت نهايي پروتز رخ ميدهد. مكانيزم اين شكست رسيدن تنش فشاري به بيشينه مقدار خود تشخيص دادهشدهاست. در مقايسه اين فاز پروژه ميتوان به سرعت بالاي شكست در فاز دوم اشاره كرد. در مدل داراي پروتز شكست در 0/2 ميلي ثانيه پس از برخورد رخ ميدهد، درحالي كه اين اتفاق براي مدل بدون پروتز دربازه زماني 1/06 الي 5/6 ميلي ثانيه رخ ميدهد. همچنين در مدل داراي پروتز تنشها در پروتز بسيار نزديك به شكست هستند اما شكست با فاصله زماني كوتاهي پس از شكست استخوان فمور رخ ميدهد. اين پژوهش ميتواند به طراحان خودرو و پروتز ديد مناسبي جهت اصلاح طراحي محصولات خود دهد. همچنين اين مطالعه ميتواند بينشي جديدي در راستاي آسيبهاي وارد شده به اندام تحتاتي در تصادفها و شوكهاي خشن ايجاد كند.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/04/17
عنوان به انگليسي
Finite element modeling of femur fracture in patients with hip implants
تاريخ بهره برداري
7/3/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سينا صالح پور
چكيده به لاتين
The lower extremities, including the Knee, Thigh, and Hip (KTH), account for a significant portion of accident-related injuries each year. Femur fractures are among the most common injuries sustained by occupants. Therefore, this study investigates femur fractures resulting from dashboard impacts. To enhance simulation accuracy, the mechanical properties of the bone are considered anisotropic. For this purpose, a femur and pelvis bone were modeled using Mimics and 3-Matic software and analyzed via finite element analysis. In the first phase of the project, a rigid body impacts the femur and pelvis bones at three speeds: 7, 14, and 21, and the resulting stresses in the bones are examined. In the second phase, after selecting an appropriate hip implant for the patient and designing it, the femur bone is prepared for placement, and the prosthesis is implanted. Then, similar to the first phase, the dashboard impact at three different speeds is simulated. After examining the stresses on the described system in both phases, it is found that the femur bone or implant may have critical points. Therefore, the maximum compressive and tensile stress criteria are used to evaluate femur fractures, and the Von Mises criterion is used for implant fractures. According to the project results, it can be concluded that in the first phase, the fracture occurs in the femur shaft due to the tensile stress reaching its maximum value. In the second phase, at all speeds, the fracture occurs at the bone-implant junction. The mechanism of this fracture is identified as the compressive stress reaching its maximum value. Comparing the phases, the second phase shows a much quicker fracture, occurring 0.2 milliseconds post-impact for the model with the prosthesis, whereas, for the model without the implant, it occurs between 1.06 to 5.6 milliseconds. Additionally, in the model with the implant, the stresses are very close to causing failure, but the fracture happens shortly after the femur bone fracture. This research can provide valuable insights to automotive and implant designers for improving their product designs. Moreover, this study can offer new perspectives on lower limb injuries in accidents and severe shocks.
كليدواژه هاي فارسي
تحليل اجزا محدود , شكست استخوان فمور , پروتز مفصل ران , آسيب سرنشينان , بارگزاري ديناميكي
كليدواژه هاي لاتين
Finite element analysis , Femur fracture , Hip implant , Dynamic loading , Occupant injuries
Author
Sina Salehpour
SuperVisor
Dr. Siavash Kazemirad