پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 21 |
| تعداد شمارهها | 692 |
| تعداد مقالات | 10,049 |
| تعداد مشاهده مقاله | 71,053,472 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 62,504,672 |
بهینهسازی تثبیتکننده زند زبرین کامپوزیتی با رهیافت مکانیک آسیب پیوسته | ||
| مدل سازی در مهندسی | ||
| دوره 21، شماره 75، دی 1402، صفحه 255-267 اصل مقاله (1.04 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مکانیک | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2023.27297.2284 | ||
| نویسندگان | ||
| میلاد خلیلیان* 1؛ محمد مشایخی2 | ||
| 1دانش آموخته دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان | ||
| 2استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان | ||
| تاریخ دریافت: 08 خرداد 1401، تاریخ بازنگری: 27 اسفند 1401، تاریخ پذیرش: 28 مرداد 1402 | ||
| چکیده | ||
| با افزایش کاربرد کامپوزیتها در پزشکی، استفاده از کامپوزیتهای زیست سازگار الیاف کوتاه به عنوان تثبیت کننده استخوان شکسته شده جای خود را نیز باز کرده است. در این مقاله با استفاده از مکانیک آسیب یک تثبیت کننده کامپوزیتی برای شکستگی ناحیه مچ دست -شکستگی زند زبرین یا دیستال رادیوس- برای به تعویق انداختن شکست در تثبیت کننده بهینهسازی میشود. برای مدلسازی رفتار تثبیت کننده، از یک مدل با دو مرحله همگنسازی و همچنین آسیب پیوسته لمتر برای پیش بینی آسیب استفاده میشود. در این مدلسازی از همگن سازی موری-تاناکا برای همگن کردن مدول سختی دانهها و از مدل وویت برای همگنسازی کامپوزیت سود برده میشود. الگوریتم معرفی شده برای پیادهسازی عددی مدل دو مرحلهای همگنسازی به راحتی میتواند برای پیشبینی شکست در سایر کامپوزیتهای الیاف کوتاه نیز مورد استفاده قرار گیرد. پس از راستیآزمایی مدل ارائه شده در یک تثبیت کننده معتبر، به بهینهسازی شکل هندسی این تثبیت کننده پرداخته میشود. نتایج پژوهش نشان میدهد مدل ارائه شده؛ یک مدل کارآمد برای پیشبینی شکست در پلاکهای کامپوزیتی الیاف کوتاه است و میتوان از این مدل برای بهینهسازی تثبیت کنندهها بدون آزمونهای بالینی و تجربی استفاده کرد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| همگنسازی؛ مکانیک آسیب؛ کامپوزیت الیاف کوتاه؛ تثبیت کننده کامپوزیتی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Optimization of composite distal radius fixture using continuum damage mechanics | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Milad Khalilian1؛ Mohammad Mashayekhi2 | ||
| 1Graduated of Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran | ||
| 2Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| With the increasing use of composites in medicine, the use of biocompatible composites of short fibers as fixtures for broken bones has also found its place. This paper uses damage mechanics to optimize a composite fixture for a wrist fracture - a fracture of the distal radius - to delay damage in the fixture. To model the fixture behavior, a model with two stages of homogenization as well as continuous Lemaitre damage is used to predict the damage. In this modeling, Mori-Tanaka homogenization is used to homogenize the grain hardness modulus and the Voight model is used for homogenizing the composite. The introduced algorithm for the numerical implementation of the two-stage homogenization model could easily be used to predict damage in other short fiber composites. After verifying the model presented in a valid fixture, the geometric shape of this fixture has been optimized. The research results show the proposed model; It is an efficient model for predicting damage in short fiber composite plates and can be used to optimize fixtures without clinical and experimental tests. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Homogenization, Damage mechanics, short fiber composite, composite fixture | ||
| مراجع | ||
|
[1] Millis D. and D. Levine. Canine rehabilitation and physical therapy. Elsevier Health Sciences, 2013. [2] Clyne T.W. and D. Hull. An introduction to composite materials. Cambridge university press, 2019. [3] Koh Y.G., J. Son, S.K. Won, H.J. Kim, and K.T. Kang. "Biomechanical evaluation of opening-wedge high tibial osteotomy with composite materials using finite-element analysis". Knee 25, No. 6 (2018): 977-987. [4] شکریه، محمود مهرداد، و افشین زین الدینی، "مدلسازی چقرمگی شکست تورق مود ترکیبی اول و دوم در نمونه یکسرگیردار دو لبه نامتقارن کامپوزیتهای لایهای". مجلة مدلسازی در مهندسی، 13، 41 (1394): 1-11 . [5] Kammoun S., I. Doghri, L. Brassart, and L. Delannay. "Micromechanical modeling of the progressive failure in short glass-fiber reinforced thermoplastics - First Pseudo-Grain Damage model". Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 73, (2015): 166-175. [6] Gillett, N., A. Stanley, J. Brown, H. Dumbleton, and R. Pool. "The use of short carbon fiber reinforced thermoplastic plates for fracture fixation". Biomaterials 6, No. 2, (1985): 113-121. [7] Mitchell, P.M., A.K. Lee, C.A. Collinge, B.H. Ziran, K.G. Hartley, and A. Jahangir. "Early Comparative Outcomes of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Plate in the Fixation of Distal Femur Fractures". Journal of orthopaedic trauma 32, No. 8, (2018): 386-390. [8] Liesmäki, O., A. Plyusnin, J. Kulkova, L. V. Lassila, P. K. Vallittu, and N. Moritz. "Biostable glass fibre-reinforced dimethacrylate-based composites as potential candidates for fracture fixation plates in toy-breed dogs: Mechanical testing and finite element analysis". Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 96, (2019): 172-185. [9] Mugnai, R., L. Tarallo, F. Capra, and F. Catani. "Biomechanical comparison between stainless steel, titanium and carbon-fiber reinforced polyetheretherketone volar locking plates for distal radius fractures". Orthopaedics and Traumatology: Surgery and Research 104, No. 6 (2018): 877-882. [10] Maggio, B., D. P. Sessa, P. Mantelli, P. Maniscalco, F. Rivera, M. Calori Giorgio, L. Bisogno, G. Scaravilli, and M. Caforio. "PEEK radiolucent plate for distal radius fractures: multicentre clinical results at 12 months follow up". Injury 48, (2017): S34-S38. [11] Perugia, D., M. Guzzini, D. Mazza, C. Iorio, C. Civitenga, and A. Ferretti. "Comparison between Carbon-Peek volar locking plates and titanium volar locking plates in the treatment of distal radius fractures". Injury 48, (2017): S24-S29. [12] Siddiqui, F.S., S. Shah, B. Nicayenzi, E.H. Schemitsch, R. Zdero, and H. Bougherara. "Assessment of carbon fiber composite fracture fixation plate using finite element analysis". Annals of Biomedical Engineering 34, (2006): 1157-1163. [13] پالیزوان محمد، محمد علی اسکندرزاده ارشاد، محمد طاهای ابدی و محمد همایون صدر، " بررسی تأثیر خواص اتصال زمینه به الیاف بر رفتار شکست مواد مرکب"، مجلة مدلسازی در مهندسی، 18، 63، (1399): 113-129 . [14] Budarapu, P. R., X. Zhuang, T. Rabczuk, and S. P.A. Bordas. "Multiscale modeling of material failure: Theory and computational methods". Advances in Applied Mechanics 52, (2019): 1-103. [15] Kammoun, S., I. Doghri, L. Adam, G. Robert, and L. Delannay. "First pseudo-grain failure model for inelastic composites with misaligned short fibers". Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 42, (2011): 1892-1902. [16] Hounkpati, V., V. Salnikov, A. Vivet, and P. Karamian-Surville. On the choice of homogenization method to achieve effective mechanical properties of composites reinforced by ellipsoidal and spherical particles, 2017. [17] Müller,V., M. Kabel, H. Andrä, and T. Böhlke. "Homogenization of linear elastic properties of short-fiber reinforced composites – A comparison of mean field and voxel-based methods". International Journal of Solids and Structures 67, (2015): 56-70. [18] Eshelby, J. D. "The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems". Proceedings of the royal society of London. Series A. Mathematical and physical sciences 241, (1957): 376-396. [19] Doghri, I., and L. Tinel. "Micromechanical modeling and computation of elasto-plastic materials reinforced with distributed-orientation fibers". International Journal of Plasticity 21, (2005): 1919-1940. [20] Hill, R. "Theory of mechanical properties of fiber-strengthened materials: I. Elastic behaviour". Journal of the Mechanics and Physics of Solids 12, (1964): 199-212. [21] Lemaitre, J. A course on damage mechanics. Springer Science, 2012. [22] https://polymerfem.com/peek-calibration-tutorial-part-1, April 2021. [23] شاهی احسان اله، محمدجواد رضوانی، و احسان برهانی. "ساخت فوم نانو کامپوزیت پلییورتان سخت با استفاده از نانو ذرات SiCو بررسی خواص مکانیکی و جذب انرژی آن تحت بار دینامیکی"، مجلة مدلسازی در مهندسی، 16، 53، (1397): 1-7 . [24] Chen, F., H. Oua, B. Lub, and H. Long. "A constitutive model of polyether-ether-ketone (PEEK)". Journal of the mechanical behavior of biomedical materials 53, (2016): 427-433. [25] Garcia-Gonzalez, D., M. Rodriguez-Millan, A. Rusinek, and A. Arias. "Investigation of mechanical impact behavior of short carbon-fiber-reinforced PEEK composites". Composite Structures 133, (2015): 1116-1126. [26] Ferguson, S. J., J. Visser, and A. Polikeit. "The long-term mechanical integrity of non-reinforced PEEK-OPTIMA polymer for demanding spinal applications: experimental and finite-element analysis". European spine journal 15, (2006): 149-156. [27] Morgan, Elise F. Ginu U. Unnikrisnan, and Amira I. Hussein. " Bone Mechanical Properties in Healthy and Diseased States". Annual Review of Biomedical Engineering 20, (2018): 119-143. [28] Tarallo, L., A. Giorgini, M. Novi, F. Zambianchi, G. Porcellini, and F. Catani, "Volar PEEK plate for distal radius fracture: analysis of adverse events". European Journal of Orthopaedic Surgery and Traumatology 30, (2020): 1293-1298. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 821 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 318 |
||