پیش‌بینی محل شکست استخوان ران انسان با استفاده از روش المان محدود توسعه‌یافته

Abstract

پیشرفت‌ّهای صورت گرفته در روش المان محدود توسعه‌یافته امکان پیش‌بینی مسیر شکست را بدون دانش قبلی در مورد آن فراهم آورده است. در همین راستا، هدف این پژوهش پیش‌بینی محل شکست استخوان ران انسان با استفاده از روش المان‌محدود بر مبنای وکسل است. با استفاده از روش المان محدود توسعه‌یافته به همراه مکانیزم آسیب غیر ایزوتروپیک، به بررسی چگونگی شکست استخوان ران برای 3 نمونه‌ی انسانی پرداخته می‌شود. مکانیزم آسیب غیرایزوتروپیک متشکل از 4 معیار شکست به صورت ترکیبی از معیار‌های هاشین و تنش بیشینه اصلی است. این مکانیزم آسیب با هدف در نظر گرفتن خواص ناهمگن و غیرایزوتروپیک استخوان توسعه داده‌شده است. مدل‌هایی از سه استخوان ران با استفاده از روش برش‌نگاری کمی ساخته‌شده و تحت بارگذاری مشخصی قرار گرفته‌اند. نیروی فشاری مورد نظر با زوایای 15- درجه نسبت به صفحات کرونال و سجیتال به سر استخوان ران وارد شده است. مسیرهای شکست متفاوتی برای استخوان شبیه‌سازی شدند. برای بررسی میزان دقت و توانایی این روش در شبیه‌سازی رشد ترک یک مقایسه یک‌به‌یک میان نتایج مدل‌سازی عددی و نتایج تست‌های مکانیکی انجام‌گرفته است. تناظر قابل قبولی در مورد ناحیه‌ی شروع ترک و مسیر رشد ترک، میان مدل‌سازی عددی و نتایج آزمایشگاهی دیده شد که بیانگر توانایی این روش در شبیه‌سازی رشد ترک است. نتایج به‌دست‌آمده از روش عددی پیشنهادشده در این پژوهش، محل شروع آسیب و مسیر رشد ترک را به خوبی نشان می‌دهد.