شبيه‌سازي دوبعدي شكست استخوان كورتيكال انسان تحت تأثير ديابت نوع2

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

فرآيند شكست در استخوان كورتيكال به‌طور قابل توجهي تحت تأثير توزيع و خواص ريزساختار است. بنابراين درك مكانيك شكستگي در استخوان براي پيش‌بيني خطر شكستگي وابسته به سن و بيماري‌هايي نظير ديابت نوع 2 بسيار مهم است. مشخص شده است كه عامل اصلي ديابت نوع 2، تجمع محصولات گليكوزيشن‌هاي پيشرفته است كه منجر به كاهش 5/45 درصد و 6/54 درصد در چقرمگي شكست مي‌شود. در اين پژوهش در ابتدا يك مدل دوبعدي تك استئونه در مقياس ميكرو ايجاد گرديد. سپس در ادامه يك مدل همگن و دو مدل ميكروساختار كه در آن، يك‌بار استخوان كورتيكال به عنوان كامپوزيت سه ‌فاز و بار ديگر به عنوان كامپوزيت چهار فاز در نظر گرفته شده است. براي ايجاد يك توزيع تصادفي از استئون و تخلخل از برنامه پايتون استفاده شده و به عنوان يك فايل ورودي به آباكوس داده شد. با استفاده از مدل‌هاي دوبعدي ايجاد شده در مقياس ميكرو، به بررسي رشد ترك در استخوان كورتيكال فرد سالم پرداخته شد. نتايج نشان داد كه خط سيمان به‌عنوان يك رابط مهم در ميكرو‌ساختار استخوان كورتيكال است و وجود آن بر شروع و رشد ترك تأثير به‌سزايي دارد. با توجه به نتايج مي‌توان گفت رابط با استحكام كم منجر به انحراف ترك مي‌شود، در حالي كه رابط‌هاي قوي باعث مي‌شود ترك به خط سيمان نفوذ كرده و از طريق استئون رشد كند. در ادامه، به بررسي نوآوري مسئله يعني استخوان فرد مبتلا به ديابت نوع 2پرداخته شد. نتايج نشان داد كه تجمع محصولات گليكوزيشن‌هاي پيشرفته باعث مي‌شود كه چقرمگي به اندازه 20 درصد كاهش يابد، سرعت رشد ترك افزايش يابد و شكست زودتر انجام شود. هم‌چنين عدم تناسب بين نرخ آزاد سازي انرژي بحراني استئون و بافت‌بينابيني بر مسير و سرعت رشد ترك تأثير مي‌گذارد. از طرفي، زماني كه نرخ آزادسازي انرژي بحراني خط سيمان از استئون و بافت بينابيني كمتر باشد، ترك در خط سيمان منحرف ‌مي‌شود.

221185

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان