پديد آورنده :
اله ياري آونليقي، پريسا
عنوان :
آناليز ميكرو مكانيكي دو بعدي شكست در بافت متراكم استخوان با استفاده از روش المان محدود توسعه يافته
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ده، 73ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمد سيلاني
استاد مشاور :
محمد مشايخي
توصيفگر ها :
بافت متراكم استخوان , ميكرو ساختار , روش اجزا محدود توسعه يافته , شكست , تحليل حساسيت , خط سيماني
استاد داور :
محمود كدخدايي، مهدي جوان بخت
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/10/21
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/11/04
چكيده فارسي :
چكيده استخوان به عنوان جز اصلي اسكلت بدن از آرايش پيچيدهاي از مواد در مقياسهاي طولي متفاوت كه به آن امكان ميدهد قابليتهاي مكانيكي شييميايي و زيستي گوناگون و منحصر به فرد ازخود نشان دهد تشكيل شدهاست شكستگي استخوان با عواملي مانند تغيير در ريز ساختار و خواص ماده و تجمع ريزتركها تحت تاثير قرار ميگيرد بنابراين بررسي اثر ريز ساختار ماده استخواني بر انتشار ترك در مقيياس ميكرو از اهميت ويژهاي برخوردار اسيييت در اين پژوهش مدل هاي عددي دوبعدي اجزا محدود ميكرو سييياختار بافت متراكم اسيتخوان1 لگن گاو و استخوان انساني به صورت ماده همگن وكامپوزيت سه فازي و كامپوزيت چهار فازي تحت باركششي ايجاد شد سياخته شيده با استفاده از روش اجزا محدود توسعه يافته2 به وسيلهي نرم افزار آباكوس3 انتشيار ترك در المان حجمك نماينده سيپ بررسي و تحليل حساسيت محلي انجام شد رفتار تنش كرنش حاصيل كه در دو مدل مورد مطالعه كامال متفاوت ميباشيد تاييد كنندهي نقش مهم ميكروساختار بافت استخوان در شكست آن است بررسي نتايج حاصل بر اهميت فاز مياني4 يعني خطوط سيماني5 در مدل كامپوزيت چهار فازي تاكيد دارد وجود اين فاز مياني به صيورت محلي بر مسير انتشار ترك و رفتار در مقياس ماكرو تاثير ميگذارد با بررسي دو مدل با درصد تخلخلهاي متفاوت و موقعيت مختلف تخلخلها مشخص شد كه حفرهها بر مسير انتشار ترك تاثير ميگذارد و افزايش درصد تخلخل باعث كاهش حداكثر تنش الزم براي شروع انتشار ترك ميشود با بررسي دو مدل با درصد استئون و خط سيماني متفاوت به دست آمد كه درصد اين دو جز تراكم معدني اسيتخوان ازپارامترهاي مهم در شكستگي استخوان است با انجام تجزيه و در شيكسيت اسيتخوان بسييار مهم مي باشيد پ تحليل حسياسييت و بررسيي پارامترورودي مدول االسيتيك اجزا به دسيت آمد كه مدول االسيتيك خط سيماني داراي تاثير بيشتري در اسيتحكام نهايي ميباشيد و با بررسي درصد حجمي اجزا به دست آمد كه درصد تخلخل بيشترين تاثير را در مقدار استحكام نهايي دارد نتايج آزمايشيگاهي بهدسيت آمده از مقاالت موجود در اين زمينه براي كمك به توسيعه مدلهاي عددي و صحت سنجي نتايج استفاده شد كلمات كليدي بافت متراكم اسيتخوان ميكرو سياختار روش اجزا محدود توسعه يافته شكست تحليل حساسيت خط سيماني 1 Cortical bone tissue 2 Extended finite element method 3 Abaqus 4 Interphase 5 Cement lines 1
چكيده انگليسي :
Two Dimensional Micromechanical Analysis of Cortical Bone Tissue Fracture Using Extended Finite Element Method Parisa allahyari p allahyari@me iut ac ir Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Mohammad Silani Silani@cc iut ac irAbstract Bone is the principal structural component of a skeleton with a hierarchical structure in multiple lengthscales which shows unique mechanical biological and chemical characters Bone fractures are affected byfactors such as changes in the material s microstructure and properties and the accumulation of microcracks Therefore the study of bone microstructure effects on crack propagation at the microscale is of particularimportance In this study two dimensional finite element models of human cortical bone tissue and bovinecortical bone tissue were created as three phase composite and four phase composite under tensile load Then crack propagation analysis inside the bone representative volume element was performed using the extendedfinite element method inside Abaqus software and local sensitivity analysis was performed The resultingstress strain behavior which is quite different in the two studied models confirms the critical role of bonetissue microstructure in the failure The results emphasize the importance of the interphase i e cement linesin the four phase composite model The presence of this interphase locally affects the crack propagation pathand behavior at the macro scale Two models with different porosity percentages and different porositypositions are studied It was found that cavities affect the crack propagation path and increasing the porositypercentage reduces the maximum stress required to start crack propagation By looking at two models withdifferent ratios of osteon and cement line it was found that the percentage effect of these two components issignificant in bone fracture so bone mineral density is one of the crucial parameters in bone fractures Byperforming sensitivity analysis it was found that the elastic modulus of the cement line has a more significanteffect on the final strength and the porosity percentage has the most significant impact on the final strength The experimental results obtained from the literature in this field were used to develop and validate numericalmodels Keywords Cortical Bone Tissue Microstructure Extended Finite Element Method Fracture Sensitivity Analysis Cement Line 72
استاد راهنما :
محمد سيلاني
استاد مشاور :
محمد مشايخي
استاد داور :
محمود كدخدايي، مهدي جوان بخت
