تعيين نيروي پيشران مري به كمك روش اجزاء محدود

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

شناخت توانايي‌هاي فيزيكي اندام مختلف انسان در حالت سالم مي‌تواند به شناخت بيماري‌ها و روش‌هاي درمان آن‌ها كمك كند. بررسي عملكرد مري در زمينه‌هاي مختلفي چون طراحي سگمنت‌هاي اصلاحي، برآورد شرايط فيزيكي داروهاي خوراكي و تخمين احتمال آسيب به بافت آن در اثر بلع مواد و يا اجرام مختلف مورداستفاده خواهد بود. اين پژوهش با استفاده از تحقيقات پيشين به تحليل مري به كمك شبيه‌سازي كامپيوتري پرداخته است. ايجاد هندسه سه‌بعدي مناسب، استفاده از معادلات ساختاري و پارامترهاي مكانيكي متناسب با خواص بافت مري و ماده بلعيده شده و همچنين طراحي مكانيزمي سازگار با عملكرد طبيعي براي ايجاد حركت موجي مري در راستاي انتقال لقمه از حلق به معده، بخش‌هاي مختلفي هستند كه براي تكميل فرايند شبيه‌سازي مورد بررسي قرار گرفته‌اند. در پژوهش حاضر از يك استوانه تو‌خالي ساده با ابعادي نزديك به ميانگين ابعاد طبيعي مري به‌عنوان مدل هندسي استفاده شده است. شرايط مكانيكي حاكم بر بافت مري با فرض هايپر‌الاستيك بودن رفتار، با استفاده از معادله ساختاري اوگدن مشخص گرديده و خواص ماده بلعيده شده، به‌صورت الاستيك در نظر گرفته شده است. ازآنجايي‌كه در پژوهش حاضر، نتايج موجود در خصوص بلع يك مايع توسط محققين پيشين مورد استفاده قرار گرفته‌اند، با كاهش مدول الاستيك و افزايش ضريب پواسون سعي بر آن بوده است كه خواص تعيين‌شده در مدل به ويژگي‌هاي يك سيال تراكم‌ناپذير نزديك‌تر شود. مشاهده تغييرات اندك فشار در طول ماده حين عبور از مري، نشان از اثربخش بودن تقريب به‌كاررفته داشته است. نحوه انتشار موج انقباض در پژوهش‌هاي تجربي پيشين مورد بررسي قرار گرفته و در پژوهش حاضر نيز برايندي از نتايج آن‌ها براي شبيه‌سازي پيشروي لقمه در مري استفاده شده است. در مدل ارائه‌شده، يك مكانيزم به‌صورت شبكه‌اي متشكل از رشته‌هاي طولي و حلقوي، به كمك انقباضات ناشي از تغيير دما، كرنش‌هاي لازم را در راستاهاي طولي و شعاعي به بدنه مري تحميل خواهد كرد. پس از تكميل مدل و معرفي خواص مربوطه، مسئله ايجاد شده به روش اجزاء محدود در نرم‌افزار آباكوس مورد تحليل قرار گرفته و در راستاي كاهش اختلاف مقادير محاسبه شده ناشي از روش تحليل عددي نسبت به عملكرد حقيقي، شبكه ‌بندي مناسب هر قطعه از مدل با تكرار محاسبات براي اندازه‌هاي مختلف المان‌بندي در راستاي صحت پاسخ و يا افزايش دقت آن استخراج گرديده است. شرايط مرزي مسئله نيز به‌طور سازگار با مدل ساختاري و توجه به شرايط طبيعي بدن انتخاب و اعمال شده‌اند. در اين پژوهش با در نظر گرفتن بيشينه تنش فون‌ميزز مشاهده شده در بافت مري حين حركت طبيعي و انتقال موفق ماده بلعيده شده به‌عنوان يك حد تسليم عصبي-عضلاني، نيروي پيشران وارد بر ماده حدوداً برابر با 1/72 نيوتن به دست آمده و براي اعتبارسنجي، با نتايج تجربي موجود در تحقيقات پيشين مقايسه شده است. طبق انتظار، مقدار نيروي محاسبه شده، در محدوده بيشينه اعداد گزارش شده در مطالعات آزمايشگاهي قرار گرفته است. استفاده از المان‌هاي حلقوي و طولي براي تقليد مكانيزم طبيعي انقباضات در مري، دليل مشاهدات تجربي پيرامون بروز بيشينه فشار در پشت ماده بلعيده شده را آشكار ساخته است. فشردگي بيشتر، ناشي از انقباض تار‌هاي طولي در اين ناحيه، سبب بروز چنين پديده‌اي شناخته شده است.

223831

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان