بهینه‌سازی تثبیت‌کننده زند زبرین کامپوزیتی با رهیافت مکانیک آسیب پیوسته

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانش آموخته دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

2 دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

با افزایش کاربرد کامپوزیت‌ها در پزشکی، استفاده از کامپوزیت‌های زیست سازگار الیاف کوتاه به عنوان تثبیت کننده‎ استخوان شکسته شده جای خود را نیز باز کرده است. در این مقاله با استفاده از مکانیک آسیب یک تثبیت کننده کامپوزیتی برای شکستگی ناحیه مچ دست -شکستگی زند زبرین یا دیستال رادیوس- برای به تعویق انداختن شکست در تثبیت کننده بهینه‌سازی می‌شود. برای مدل‌سازی رفتار تثبیت کننده، از یک مدل با دو مرحله همگن‌سازی و همچنین آسیب پیوسته لمتر برای پیش بینی آسیب استفاده می‌شود. در این مدل‌سازی از همگن سازی موری-تاناکا برای همگن کردن مدول سختی دانه‎‎ها و از مدل وویت برای همگن‎سازی کامپوزیت سود برده می‌شود. الگوریتم معرفی شده برای پیاده‌سازی عددی مدل دو مرحله‌ای همگن‌سازی به راحتی می‌تواند برای پیش‌بینی شکست در سایر کامپوزیت‌های الیاف کوتاه نیز مورد استفاده قرار گیرد. پس از راستی‌آزمایی مدل ارائه شده در یک تثبیت کننده معتبر، به بهینه‌سازی شکل هندسی این تثبیت کننده پرداخته می‌شود. نتایج پژوهش نشان می‌دهد مدل ارائه شده؛ یک مدل کارآمد برای پیش‌بینی شکست در پلاک‌های کامپوزیتی الیاف کوتاه است و می‎توان از این مدل برای بهینه‌سازی تثبیت کننده‎ها بدون آزمون‌های بالینی و تجربی استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of composite distal radius fixture using continuum damage mechanics

نویسندگان [English]

  • Milad Khalilian 1
  • Mohammad Mashayekhi 2
1 Graduated of Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

With the increasing use of composites in medicine, the use of biocompatible composites of short fibers as fixtures for broken bones has also found its place. This paper uses damage mechanics to optimize a composite fixture for a wrist fracture - a fracture of the distal radius - to delay damage in the fixture. To model the fixture behavior, a model with two stages of homogenization as well as continuous Lemaitre damage is used to predict the damage. In this modeling, Mori-Tanaka homogenization is used to homogenize the grain hardness modulus and the Voight model is used for homogenizing the composite. The introduced algorithm for the numerical implementation of the two-stage homogenization model could easily be used to predict damage in other short fiber composites. After verifying the model presented in a valid fixture, the geometric shape of this fixture has been optimized. The research results show the proposed model; It is an efficient model for predicting damage in short fiber composite plates and can be used to optimize fixtures without clinical and experimental tests.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Homogenization
  • Damage mechanics
  • short fiber composite
  • composite fixture

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 28 مرداد 1402
  • تاریخ دریافت: 08 خرداد 1401
  • تاریخ بازنگری: 27 اسفند 1401
  • تاریخ پذیرش: 28 مرداد 1402