توصيفگر ها :
ساختار هيبريدي , ايمپلنت مفصل ران , مواد آگزتيك , نسبت پواسون منفي , ريز حركت , فشار خارج از محور
چكيده فارسي :
چكيده
در اين پژوهش ساختار هيبريدي متشكل از دو ساختار متخلخل لانهزنبوري با نسبت پواسون مثبت و ساختار ري¬اينترنت با نسبت پواسون منفي تحت فشار خارج از محور مورد مطالعه قرارگرفت. ميزان انبساط عرضي و لغزش براي نسبت¬هاي مختلف از ساختارهاي پايه محاسبه¬شد. مدل¬هاي هندسي ساختارها در نرمافزار اينونتور ايجاد و در نرمافزار آباكوس به¬روش المان محدود تحليل شد. اثر پارامترهاي طراحي هريك از ساختارهاي پايه¬ي تشكيل¬دهنده¬ي ساختار هيبريدي بر مدول الاستيك و نسبت پواسون آن¬ها بررسي¬شد. نتايج شبيهسازي با فرمول¬هاي تحليلي ارائه شده در مقالات نيز مقايسه شد. مطابق نتايج ميزان ماكزيمم انبساط عرضي براي ساختار هيبريدي از ساختار كاملاً آگزتيك يا لانهزنبوري بيشتر است و لزوماً در نسبت برابر از تركيب دوساختار پايه اتفاق نميافتد. ميزان انبساط عرضي تا نسبت حدود 4/0 به صورت افزايشي و سپس كاهش مي¬يابد. همچنين ماكزيمم تنش در ساختار هيبريدي كمتر از ساختارهاي كاملاً آگزتيك يا كاملاً لانهزنبوري است. محل قرارگيري تار خنثي نيز در نسبت¬هاي مختلف ساختارهاي پايه محاسبه¬شد. مطابق نتايج محل تارخنثي حتي براي ساختارهاي كاملاً لانهزنبوري يا رياينترنت، لزوماً در وسط عرض ساختار نيست. دليل اين اتفاق وجود بارگذاري فشاري در كنار بارگذاري خمشي است. مجموعهاي از عوامل مثلاً متفاوت بودن مدول الاستيك ساختارهاي پايه، تغيير ممان اينرسي سطح مقطع و در نتيجه تغيير نسبت كرنش ناشي از بار فشاري به كرنش ناشي از بار خمشي در تعيين محل تارخنثي دخيل هستند. در نهايت، تأثير خواص مكانيكي ساختارهاي پايه برروي انبساط عرضي ساختار هيبريدي بررسي شد و مطابق نتايج با كاهش مدول الاستيك و افزايش مقدار نسبت پواسون ساختارهاي پايه، ميزان انبساط عرضي ساختار هيبريدي افزايش مي¬يابد. در صورت استفاده از اين ساختارهاي هيبريدي در ساقه ايمپلنت ران، تحت بارگذاري خارج از محور ساختار از طرفين منبسط مي¬شود و در نتيجه از لقي ايمپلنت در محل اتصال آن با استخوان جلوگيري مي¬شود. هم¬چنين با تغيير نسبت ساختارهاي آگزتيك و لانه¬زنبوري و تغيير پارامترهاي هندسي در آنها، امكان تنظيم ميزان انبساط عرضي و لغزش در قسمتهاي مختلف ساختار هيبريدي به منظور بهبود شرايط تثبيت ايمپلنت و رشد استخوان فراهم مي¬شود.
چكيده انگليسي :
Abstract
In this research, the hybrid structure consisting of porous honeycomb structure with positive Poisson's ratio and the re-entrant structure with negative Poisson's ratio is studied under off-axis compression. The lateral expansion and sliding are calculated for different ratios of the base stractures. The geometric models of the structures are created in Inventor software and analyzed in Abaqus software with finite element method. The effect of the design parameters of each base structure of the hybrid structure on their elastic modulus and Poisson's ratio are investigated. The simulation results are compared with analytical formulations. According to the results, the maximum of the lateral expansion for hybrid structure is more than the entirely auxetic or the entirely honeycomb structures, and it does not necessarily occur in an equal ratio of the two base structures. The lateral expansion increases until the ratio of about 0.4 and then decreases. Furthermore, the maximum stress in the hybrid structure is lower than the entirely auxetic or the entirely honeycomb structures. The location of the neutral axis is also calculated in different ratios of the base structures. According to the results, the location of the neutral axis is not necessarily in the middle of the structure's width, even for entirely honeycomb or entirely re-entrant structures. This is due to the presence of compressive loading beside bending loading. A number of factors, for example, the different elastic modulus of base structures, the variable moment of inertia of the cross-section, and as a result, the change in the ratio of the strain caused by the compression loading to the strain caused by the bending loading, are involved in determining the location of the neutral axis. Finally, the effect of the mechanical properties of the base structures on the lateral expansion of the hybrid structure is evaluated, and according to the results, the lateral expansion of the hybrid structure increases with decreasing the elastic modulus and increasing the amount of Poisson's ratio of the base structures. Using these hybrid structures in the Hip implant stem, the structure expands from both sides under off-axis loading, and as a result, the implant is prevented from loosening at its connection with the bone. Also, by changing the ratio of the auxetic and honeycomb structures and their geometrical parameters, it is possible to adjust the amount of the lateral expansion and sliding in different parts of the hybrid structure in order to improve the implant fixation and the bone growth.