22860

تحليل تئوري و عددي رفتار مكانيكي ديسك كمر با استفاده از پليمر هاي هوشمند

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

1399

1399/6/2

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مكانيك

ياتاق يكپارچه جديدترين نوع تعويض كامل ديسك كمر است. مهمترين چالش در اين نوع ديسك انتخاب نوع ماده اي است كه خواص مكانيكي و چسبندگي مناسب همزمان با عمر خستگي بيشتر را داشته باشد. با توجه به خواص بي نظير پليمرهاي حافظه دار از قبيل خود ترميمي، حافظه دار، كنترل چسبندگي و خود استقراري، اين مواد مي¬توانند گزينه مناسبي براي جايگزيني ديسك كمر باشند. هدف از اين تحقيق بررسي رفتار پليمرهاي هوشمند به عنوان ديسك بين مهره اي در بارگذاري هاي خمش خالص، پيچش خالص، خميدگي و كشيدگي با استفاده از روش تئوري و عددي است و همچنين در ادامه بارگذاري هاي فشاري به صورت عددي مورد ارزيابي قرار گرفتند. براي اين منظور يك مدل ساختاري مناسب براي پليمرهاي هوشمند انتخاب شده و تحليل هاي خمش خالص و پيچش خالص به روش تئوري در يك چرخه كامل نوشته شد و سپس تمامي بارگذاري ها با تهيه يك كد يومت در نرم افزار آباكوس 2017 به روش عددي انجام شده است. نمودار تغييرات زاويه در مقابل گشتاورهاي پيچشي و خمشي مختلف رسم گرديد و همچنين در بارگذاري فشاري تنش داخلي و جابجايي در بارگذاري هاي مختلف بررسي شد. انطباق مناسب نتايج با يافته هاي تجربي در منابع تحقيق قبلي، صحت رفتار بيومكانيكي استاتيكي اين مواد به عنوان ديسك كمر را نشان مي¬دهد. لازم به ذكر است كه تمام اين نتايج در بخش L4-L5 مهره اي گرفته شده است زيرا بيشترين آسيب به ديسك كمر مربوط به اين ديسك است.

1399/09/17

Theoretical and numerical analysis of mechanical behavior of intervertebral disc (IVD) using shape memory polymers

8/24/2021 12:00:00 AM

One-piece bearing is the latest type of total disc replacement (TDR). The most important challenges in this type of disc is to choose the type of material that has a longer fatigue life, appropriate mechanical properties and proper adhesion. Due to the unique properties of shape memory polymers (SMPs), self-healing, shape-memory, adhesion control and self-deployable, these materials can be a good candidate for this method. The aim of this study was to investigate the behavior of SMPs as intervertebral discs (IVDs) in pure bending, pure torsion and flexion-extension using analytical and numerical methods. Also, their behavior under compressive loads is investigated using numerical methods. For this purpose, an appropriate 3D constitutive equation for SMPs was selected and Then, an analytical solution for torsional and bending response of SMP circular beam in a full cycle of stress-free strain recovery is derived. Also the 3D constitutive equations were implemented in the UMAT code in Abacus 2017 software and simulate angle changes due to different torsional and bending moments of a circular SMP beam as IVD. Internal compressive stress and displacement under different conditions were also investigated in compressive loading. Proper compliance of the results with the experimental findings in previous research sources shows the accuracy of the static biomechanical behavior of these materials as an IVD. It should be noted that all these results are taken in the L4-L5 spinal segment because the most damage to the lumbar disc is related to this disc.