مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل آزمایشگاهی و محاسباتی نیرو و الگوی شکست استخوان ران با استفاده از مدل ناحیه چسبنده

نویسندگان
دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
شکست استخوان ران از جمله پر اهمیت ترین دلایل ناتوانی و مرگ، علی الخصوص در میان سالمندان به شمار می آید. بنابراین تلاش های جهانی برای تحقیق در زمینه ارزیابی غیرتهاجمی شکست استخوان ران در حال انجام است. در این تحقیق، به منظور مطالعه رفتار استخوان ران تحت بارگذاری های مختلف، استخوان ها به دو گروه استخوان ها با بارگذاری منتج به سفتی بالا و با بارگذاری منتج به سفتی پائین تقسیم بندی شده اند. تحلیل آزمایشگاهی و محاسباتی الگوهای تغییرفرم و شکست استخوان با استفاده از تصاویر برش نگاری کمی کامپیوتری و روش اجزاء محدود صورت گرفته شده است. برای پیش بینی نیرو و الگوی شکست استخوان ران برای گروه استخوان ها با بارگذاری منتج به سفتی بالا از تحلیل خطی و برای گروه استخوان ها با بارگذاری منتج به سفتی پائین از تحلیل غیرخطی المان محدود استفاده شده است. در تحلیل المان محدود این گروه، از مدل ناحیه چسبنده برای مدل سازی شروع و رشد آسیب استفاده شده است. مقایسه نتایج تحلیل عددی و نتایج آزمون های تجربی نشان دهنده شبیه سازی و پیش بینی موفق شکست استخوان ران تحت بارگذاری های مختلف بوده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental and Computational Analysis of Fracture Load and Pattern of Femur using Cohesive Zone Model

نویسندگان English

Fatemeh Sadat Alavi
Majid Mirzaei
چکیده English

Fracture of femur is considered as one of the most significant causes of disability and death, especially among the elderly. Therefore, there is a global effort towards noninvasive assessment of the femoral fractures. This study was aimed at the investigation of the mechanical behavior of human femur subjected to various loading orientations, under the two categories of high-stiffness (HS) and low-stiffness (LS) loading conditions. The experimental and computational analysis of deformation and fracture patterns were carried out using the QCT images and finite element analysis. The predictions of the force and fracture pattern of the HS and LS specimens were performed using linear and nonlinear finite element analyses, respectively. Also, the cohesive zone model (CZM) was used to simulate the damage initiation and propagation in the finite element analysis of latter specimens. The comparison between the results of the numerical analysis and the experimentation showed successful simulation and prediction of fracture force of human femur under various loading orientations.

کلیدواژه‌ها English

Experimental and computational analysis
Femur fracture
Finite Element Method (FEM)
Quantitative computed tomography (QCT)
Cohesive zone model (CZM)