مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی و شبیهسازی المان محدود رفتار مکانیکی مفصل زانو در سیکل راه‌رفتن

نویسندگان
1 عضو هیات علمی/ دانشگاه ازاد اسلامی مشهد
2 دانش اموخته دانشگاه ازاد اسلامی واحد مشهد
چکیده
رفتار مکانیکی غضروف مفصلی تحت تاثیر عوامل متنوعی قرار دارد. توزیع ناهمگن پروتئوگلیکان‌ها و فیبرهای کلاژن در جهت ضخامت غضروف مفصلی منجر به شکل‌گیری بافتی با خواص متغیر در جهت عمق می‌شود. این خواص مستقیما در مقادیر تنش و تغیر شکل ایجاد شده در غضروف تاثیر دارد. در تحقیقات گذشته از خواص متفاوت و هندسه پیچیده اجزای مفصلی صرف نظر گردیده، لذا هدف از این تحقیق ایجاد یک مدل نزدیک به آناتومی از غضروف مفصلی زانو جهت شبیه سازی رفتار آن تحت بار دینامیکی درفاز گام‌گذاری از سیکل حرکت بود. مدل المان محدود سه بعدی ایجاد شده شامل غضروف ران، غضروف درشت‌نی و مینیسک‌های میانی و جانبی بود و در آن برای بافت‌های غضروفی، مدل غیرخطی پروویسکوالاستیک همسانگرد و برای مینیسک‌ها رفتار الاستیک خطی همسانگرد صفحه‌ای تعریف شد. همچنین غضروف‌ها به صورت اشباع از سیال درنظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که مقدار تنش اصلی در لایه فوقانی دارای بیشترین مقدار بوده و در جهت عمق کاهش می‌یابد که این امر دلیل بروز آرتروز را در لایه‌های بیرونی توجیه می‌کند. همچنین نشان داده شد که تغیرات ضریب نفوذ هیدرولیکی در غضروف مفصلی به عنوان تابعی از کرنش در بارگذاری دینامیکی ناچیز است. نتایج این پژوهش با مطالعات آزمایشگاهی توافق خوبی نشان داد
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling and Simulation of Mechanical Behavior in Knee Joint under Gait

نویسندگان English

Behrooz Sepehri 1
Hojat Mohammadi Esfahani 2
Faramarz Firouzi 1
چکیده English

Mechanical behavior of articular cartilage is affected by many factors. Inhomogeneous distribution of proteoglycans and collagen fibers through the thickness causes some depth-wise behavior. Mechanical properties directly affect stress and deformation of the tissue. In previous studies complexities and variation in mechanical properties were ignored. The aim of the present study is to create a model close to real anatomy of articular cartilage in knee joint and to simulate its behavior under dynamic gate in the stance phase. A 3D finite element (FE) model was created. It was constructed considering femur and tibial cartilages as well as medial and lateral meniscus. In the FE model, a nonlinear isotropic viscoelastic material model used for cartilages and a linear anisotropic elastic one was chosen for meniscuses. As well, cartilages assumed saturated . Numerical simulations on the model showed that peak of maximum principal stress occurred in superficial layer. It was decreased through thickness. These expressed why osteoarthritis fall out in the exterior layers such superficial . The present study showed that hydraulic permeability variation in cartilage as a strain-dependent variable was negligible in dynamic loading. Also, results had a good agreement with experimental ones

کلیدواژه‌ها English

Articular Cartilage
Finite Element Modeling
Dynamic loading
Mechanical properties