پایان نامه ارشد تحلیل اجزاء محدود تنش و کرنش در پروتز جانشین زانوی انسان

پایان نامه ارشد تحلیل اجزاء محدود تنش و کرنش در پروتز جانشین زانوی انسان
مقطع : کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی
چکیده
تجربه از دست دادن یک عضو بسیار درنا‌ک و تلخ می‌باشد. درک کامل این حس تنها زمانی میسّر خواهد شد که فرد یک عضو خود را از دست بدهد. چاقی و بیشتر شدن عمر متوسط، تعداد کاشت‌های پروتز جایگزین زانو را افزایش داده است. به دلیل بالا رفتن امید به زندگی و همچنین پایین رفتن سن افراد پذیرنده این گونه پروتزها، عمر قابل انتظار این‌گونه پروتزها می‌بایستی افزایش یابد. از این رو برای بهبود کیفیت آن‌ها تحقیقات بسیاری در حال انجام می‌باشد تا بتواند عمر مفید آن‌ها را به قدری افزایش دهد که فرد بیمار نیازمند جراحی‌های مکرر بعدی برای تعویض و ترمیم پروتز آسیب دیده نباشد. در این پایان‌نامه عملکرد یک نمونه واقعی از پروتز‌ جایگزین زانو که از پای یک پیرزن خارج شده، مورد بررسی قرار گرفته است. پروتز مورد نظر به دلیل پیچیدگی هندسی، توسط دستگاه اندازه‌گیری مختصات که نمونه‌ای از اسکنرهای سه بعدی تماسی هستند، با ایجاد ابر نقاط با دقت بالا مدل‌سازی و با نرم‎افزار تجاری سالیدورکس ویرایش شده است. مدل مورد نظر به روش المان محدود و با نرم‌افزار انسیس ورک‌بنچ با شرایط مرزی مختلف شبیه‌سازی و مورد تحلیل استاتیکی غیر خطی قرار گرفته است. مقایسه نتایج تطبیق مناسب نتایج شبیه‌سازی برای دو شرط مرزی گوناگون را نشان داده‌است. در ادامه جهت کاهش زمان همگرایی، از فرض خطی بودن ماده در شبیه‌سازی استفاده و نتایج حالت خطی و غیر خطی با هم مقایسه شده‌است. این نتایج، در موقعیت‌های گوناگون بارگذاری و در بحرانی‌ترین حالت از موقعیت‌های مختلف پیاده روی، بالا رفتن از پله، بلند شدن از صندلی، دو زانو ایستاده و چمپاتمه نشستن، برای ارزیابی عملکرد مکانیکی پروتز مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده شده‌ است که نتایج خطی و غیر خطی به علت خارج نشدن از حالت الاستیک تیبیال پروتز زانو تطابق مناسبی دارد. بنابرین در ادامه بررسی از فرض خطی بودن استفاده شده‌ است. با فرض خطی بودن، برای موقعیت‌های پیاده روی، بالا رفتن از پله، بلند شدن از صندلی، دو زانو ایستاده و چمپاتمه نشستن و با استفاده از شرط مرزی نوع اول، نتایج شبیه‌سازی نشان داد که حالت چمپاتمه نشستن بیش‌ترین تنش‌ها را روی پروتز زانو اعمال می‌نماید و مستعدترین وضعیت برای ایجاد خرابی (تغییر شکل پلاستیک) در پروتز زانو خواهد بود. بنابراین بیمار الزام به رعایت قوانین استفاده از پروتز دارد. در این راستا، با ارائه‌ یک طرح اصلاح‌شده سعی در کاهش مقدار تنش‌ معادل در این وضعیت بحرانی شده‌است. نتایج شبیه‌سازی با این مدل اصلاح‌شده حاکی از کاهش چشمگیر در حداکثر تنش اعمالی ‌است.

کلمات کلیدی: شبیه‌سازی، تحلیل، رفتار مکانیکی، بارگذاری، پروتز جانشین زانو

فهرست
صفحه تصویب‌نامه الف
گواهی صحت و اصالت پایان نامه و مجوز بهره برداری ب

فصل اول: مقدمه 1
1-1-پیشگفتار 2
1-2-آناتومی مفصل زانو 3
1-2-1مفصل ساق– ران 4
1-2-2-مفصل کاسه زانو- ران 4
1-3-دردها و آسیب‌های معمول زانو 6
1-4-پروتز زانو 7
1-4-1-جنس مواد پروتز زانو 7
1-5-انواع جایگزینی پروتز زانو 8
1-5-1-جایگذاری چند تکه و کلی پروتز زانو 9
1-5-2-جایگذاری پروتز زانوی متحرک و ثابت 10
1-6-دلایل اصلی خرابی پروتز زانو 11
1-7-پیشینه پژوهش 13
1-8-اهداف تحقیق حاضر 17
1-9-رئوس مطالب تحقیق 18
1-10-جنبه‎های منحصر به فرد این پایان‌نامه 19
فصل دوم: فرضیات و تئوری 20
2-1-صفحات بدن 21
2-2-درجات آزادی زانو 22
2-3-تحلیل نیروها در مفصل زانو 23
2-3-1-محاسبه نیروها در مفصل زانو 25
2-3-2-نیروهای وارد بر مدل پروتز زانو برای انجام شبیه سازی 31
2-4-موقعیت‌های گوناگون استفاده از پروتز زانو در فعالیت‌های روزمره 34
2-5-تحلیل مفصل زانو 37
2-6-روش‌های حل عددی 38
2-6-1-روش تفاضل محدود 39
2-6-2-روش المان محدود 39
2-6-3-روش المان مرزی 41
2-7-معرفی برنامه ANSYS Workbench 41
2-7-1-شبیه‌سازی عددی مفصل زانو 44
فصل سوم: شبیه‌سازی عددی پروتز جانشین زانوی انسان 46
3-1-فرضیات شبیه‌سازی پروتز 47
3-2-مراحل مختلف شبیه‌سازی پروتز زانو 48
3-2-1-مشخصات مکانیکی بخش‌های مختلف پروتز زانو 49
3-2-2-مدل‌سازی بخش‌های مختلف پروتز زانو 51
3-2-2-1-ویرایش مدل ابر نقاط بخش‌های مختلف پروتز زانو 52
3-2-3-المان‌‌بندی بخش‌های مختلف پروتز زانو 54
3-2-4-اعمال شرط مرزی و بارگذاری در شبیه‌سازی پروتز زانو 55
3-2-5-استخراج نتایج حاصل از شبیه‌سازی پروتز زانو 57
3-2-5-1-نتایج شبیه‌سازی برای زاویه زانوی صفر درجه و شرط مرزی نوع دوم 58
3-2-5-2-مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی با دو روش اعمال شرط مرزی 63
3-2-5-3-مقایسه نتایج شبیه‌سازی با دو فرض خطی و غیر خطی بودن رفتار مواد 66
3-2-5-4-نتایج شبیه‌سازی با فرض خطی بودن رفتار مواد در موقعیت‌های مختلف 69
3-2-5-5-ارائه مدل جدید ویرایش‌شده تیبیال و تیبیال‌ترای 73
فصل چهارم: اعتبارسنجی و صحت‌سنجی نتایج 82
4-1-بررسی عدم وابستگی نتایج شبیه‌سازی‌ پروتز زانوی مورد نظر به المان 83
4-2-مقایسه کیفی نتایج شبیه‌سازی پروتز زانوی مورد نظر با نتایج شبیه‎سازی پروتز زانوی مشابه 88
4-3-مقایسه منحنی تنش- کرنش واقعی با منحنی تنش- کرنش حاصل از شبیه‌سازی 89
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 91
5-1-نتیجه‌گیری 92
5-2-پیشنهادات 94
منابع 95
 

–
تعداد صفحه :116

توجه :

عناوین پروژه های موجود در سایت فقط به عنوان معرفی در سایت قرار گرفته اند و هیچ گونه فروش و یا لینک دانلودی ندارند