ورود کاربران دانشگاهی
ثبت نام(مطالعه آنلاین پایان نامه ها)
کاربر مهمان
سپندا
جمعه 10 فرودرین 1403
|
54.82.20.97
:Your IP
س
امانه
پ
ایان
ن
امه های
د
انشگاه
ا
صفهان (
سپندا
)
صفحه اول(جستجو)
مرور موضوعی
پرسش های متداول و راهنما
سامانه تطبیق پایان نامه با شیوه نامه
تماس با ما
(0)
عنوان :
مطالعهی عددی بر روی طراحی خستگی ساقهی ایمپلنت تعویض کامل مفصل ران
انتشارات :
دانشگاه اصفهان
سال :
1400
زبان :
Persian
شماره سند :
972024078
موضوع :
مهندسی مکانیک
پژوهشگر :
سعید کریمی
توصیفگر لاتین :
,Hip implant, Fatigue design, Fatigue crack growth simulation, Extended finite element method (XFEM), Virtual crack closure technique (VCCT),,
توصیفگر فارسی :
کل,ی,دواژهها,:, ,ایمپلنت مفصل ران، طراحی خستگی، شبیه,,سازی رشد ترک خستگی، روش ,اجزایمحدود, توسعه,,یافته (,XFEM,)، روش بسته,,شدن مجازی ترک (,VCCT,),
دانشکده :
دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیک
مقطع :
کارشناسی ارشد
استاد راهنما :
استاد مشاور :
سال دفاع :
1400
شماره رکورد :
972024078
شماره راهنما :
فهرست :
فهرست مطالب
عنوانصفحه
فصل اول معرفی موضوع و پیشینهی تحقیق1
1-1- مقدمه1
2-1- آشنایی با مفصل ران و ایمپلنت تعویض کامل آن2
1-2-1- آناتومی و حرکتشناسی مفصل ران2
2-2-1- عملجراحی بر روی مفصل ران3
3-2-1- پیدایش و تکامل ایمپلنت تعویض کامل مفصل ران4
4-2-1- عملجراحی تعویض کامل مفصل ران و واماندگی ایمپلنت10
5-2-1- نیروشناسی و استانداردهای دوام مکانیکی ایمپلنت12
3-1- طراحی خستگی15
1-3-1- رویکردهای طراحی خستگی و مدلهای تخمین عمر17
2-3-1- رژیمهای خستگی کمچرخه، پرچرخه و بسیار پرچرخه19
3-3-1- جوانهزنی ترک خستگی20
4-3-1- مکانیزمهای رشد ترک خستگی22
4-1- مروری بر پیشینهی تحقیق25
1-4-1- تحقیقات جمعآوری و بررسی واماندگی در ایمپلنتهای شکستهشده25
2-4-1- شبیهسازیهای عددی با رویکردهای کلاسیک27
3-4-1- شبیهسازیهای عددی با رویکرد تحملآسیب30
5-1- بیان مسأله31
6-1- ساختار تحقیق32
فصل دوم مبانی تئوری33
1-2- مقدمه34
2-2- مدلسازی رفتار رشد ترک خستگی34
1-2-2- ترک کوتاه خستگی34
2-2-2- ترک بلند خستگی36
3-2-2- اثر تنش میانگین39
4-2-2- پدیدهی بستهشدن ترک خستگی40
3-2- کدهای کامپیوتری برای شبیهسازی عددی رشد ترک خستگی41
4-2- رویّههای FEM-VCCT و XFEMPN-VCCT در نرمافزار آباکوس44
1-4-2- مدلهای رشد انرژیمحور و روش VCCT46
2-4-2- مختصری بر روش XFEMPN48
3-4-2- روش Adaptive VCCT50
فصل سوم شبیهسازی عددی رشد ترک خستگی55
1-3- مقدمه55
2-3- مدلسازی اجزایمحدود نمونههای استاندارد55
3-3- روش شبکهبندی59
4-3- حلگر عددی63
5-3- معیار جهتگیری رشد ترک64
6-3- پیادهسازی روش Adaptive VCCT در نرمافزار آباکوس64
7-3- نتایج65
1-7-3- مسیر و شکل رشد ترک65
2-7-3- تخمین عمر رشد ترک خستگی و شناسایی منابع خطا69
8-3- جمعبندی75
فصل چهارم طراحی خستگی ساقهی ایمپلنت76
1-4- مقدمه76
2-4- هندسه76
3-4- جنس78
1-3-4- ویژگیهای موادی و خواص مکانیکی آلیاژ Ti-6Al-4V79
2-3-4- خواص خستگی تنشمبنا برای آلیاژ Ti-6Al-4V81
3-3-4- رفتار رشد ترک خستگی برای آلیاژ Ti-6Al-4V83
4-3-4- تأثیر شرایط محیطی فیزیولوژیک84
4-4- فرضیات مراحل ساخت و سرویسدهی ساقه85
5-4- مدلسازیهای اجزایمحدود86
1-5-4- شبیهسازی آزمایش استاندارد دوام مکانیکی86
2-5-4- شبیهسازی مرحلهی سرویسدهی فیزیولوژیک90
6-4- بررسی نتایج با رویکرد عمرنامحدود99
1-6-4- اعتبارسنجی و تحلیل نتایج عددی99
2-6-4- بحث بر روی بارگذاری استاندارد ISO 7206-6103
3-6-4- تحلیل واماندگی و تخمین عمر خستگی ساقه104
4-6-4- بررسی منابع خطا106
7-4- بررسی نتایج با رویکرد تحملآسیب107
1-7-4- تحلیل و اعتبارسنجی شکل رشد ترک خستگی107
2-7-4- تخمین عمر رشد ترک خستگی117
3-7-4- بحث پیرامون اعتبارسنجی عمر تخمینی و منابع خطا118
8-4- جمعبندی120
فصل پنجم جمعبندی نهایی و پیشنهادها122
1-5- نتیجهگیری122
2-5- جنبههای نوآوری125
3-5- پیشنهادها125
منابع و مآخذ126
-
-
آخرین صفحه 139
چکیده :
امروزه عملجراحی تعویض کامل مفصل ران با نرخ موفقیت چشمگیر خود موجب بازگردانی امید و پویایی به زندگی انسانها میشود. در عین حال موضوع طراحی خستگی ایمپلنت استفادهشونده در این عملجراحی یکی از چالشهای اساسی این حوزه است. تحقیقات سالهای اخیر آشکارا دلالت بر ضرورت و کارآمدی استفاده از شبیهسازیهای عددی در جهت رسیدن به طراحی ایمن ساقه با تخمین عمر خستگی مطلوب دارد. در این بین، تحقیقات جدیدی ایدهی استفاده از رویکرد تحملآسیب و بررسی رشد ترک خستگی در این تجهیزات پزشکی را دنبال نمودهاند.
رویّههای در حال توسعهی «FEM-VCCT» و «XFEMPN-VCCT» در نرمافزار آباکوس با هدف شبیهسازی رشد ترک خستگی بهصورت خودکار، بینیاز از شبکهبندی مجدد و مبتنی بر چارچوب مکانیک شکست خلق شدهاند. یکی از اهداف اصلی و نوآورانه این پژوهش شامل ارزیابی، توسعه و استفاده از این رویّهها برای بررسی رشد ترک خستگی در ساقهی ایمپلنت تعویض کامل مفصل ران و تخمین عمر باقیمانده سرویسدهی آن است. در همین راستا و در فاز اول این تحقیق، ایدههای جدیدی مانند استفادهی مستقیم از صورتهای انرژیمحور مدلهای پاریس، واکر و البر به همراه سابروتین UMIXMODEFATIGUE و انجام شبکهبندی بهشکلی نظاممند و منطبق با محدودیتهای این دو رویّهی عددی مطرح میشود. بهعلاوه برخی از مشکلات مشاهدهشده در شبیهسازیهای تحقیقات قبلی نیز ریشهیابی و مرتفع میگردند. در نهایت با ارائهی روش عددی جدید «Adaptive VCCT» و پیادهسازی آن در نرمافزار آباکوس توسط ایجاد یک اسکریپت پایتون، دقت تخمین عمر خستگی رویّهی XEFMPN-VCCT افزایش مییابد. اعتبارسنجی نتایج پایانی با نتایج آزمایشگاهی رشد ترک خستگی در سه نمونهی فلزی رایج CT، SENB و SENT با جنس متنوع، نشان از موفقیتآمیز بودن این اقدامات در ارتقای ابعاد مختلف شبیهسازی رشد ترک خستگی با این دو رویّه دارد.
در فاز بعدی تحقیقات، به بررسی وجوه مختلف طراحی خستگی ساقه با بهرهگیری از شبیهسازیهای عددی پرداخته میشود. با شبیهسازی هر دو وضعیت «آزمایش استاندارد دوام مکانیکی» و «سرویسدهی فیزیولوژیک» ساقهی ایمپلنت، برای نخستینبار فرآیند طراحی خستگی ساقه با هردو رویکرد «عمر نامحدود» و «تحملآسیب» از زوایای مختلف بررسی میگردد. معین بودن عمر سرویسدهی فیزیولوژیک برای ساقهی مورد بررسی در این تحقیق، امکان اعتبارسنجی نسبتاً خوبی را برای نتایج عددی فراهم میسازد. با وجود موفقیتآمیز بودن روشها و فرضیات استفاده شده در این مطالعات عددی، اما رویّهی XEFMPN-VCCT ضعفهایی را در تحلیل رشد ترک خستگی در ساقه ایمپلنت نشان میدهد. همچنین یافتههای نهایی این پژوهش مقدار عمر رشد ترک خستگی را بسیار متفاوت با آنچه در تحقیقات اخیر گزارش شده است، نشان میدهد.
چکیده انگلیسی :
Total hip arthroplasty brings back hope and dynamism to humans with a great rate of success. However, the fatigue design of the implant used in this surgery is a great challenge. Recent studies indicate the necessity and efficiency of employing numerical simulations in order to reach a safe design with desirable estimated fatigue life. Meanwhile, recent studies proposed the idea of using the damage tolerance approach and investigating the fatigue crack growth (FCG) in these medical devices.
Two developing FEM-VCCT and XFEMPN-VCCT algorithms in Abaqus software provide automated and remeshing-free FCG simulations within the framework of fracture mechanics. One major and innovative goal in this study is to evaluate, improve, and utilize these algorithms to simulate the FCG within the stem and predict the remaining physiological service life. In the first step toward this aim, the new idea of using the energy-based forms of the Paris, Walker, and Elber models together with the UMIXMODEFATIGUE subroutine is proposed, and a systematic meshing strategy is introduced which is compatible with the limitations of these algorithms. Additionally, some other previously mentioned complications are investigated and resolved. Finally, a new Adaptive VCCT method is introduced and implemented in Abaqus by means of a Python script to increase the accuracy of life prediction through the XEFMPN-VCCT algorithm. Validation of the final numerical results is investigated by experimental FCG results obtained from three common metallic specimens CT, SENB, and SENT. The success of these methods to enhance the FCG simulation is clarified through the final results.
In the next step, various aspects involved in the fatigue design of the stem are evaluated, numerically. For the first time, the fatigue design process of the stem is studied by both infinite life and damage tolerance approach, and also by simulating both the standard endurance test and the physiological in-service situations. As the physiological service life of the stem is almost known, a relatively good validation can be performed for numerical results. In addition to the success of the methods and assumptions used in numerical simulations, it is revealed that the XEFMPN-VCCT algorithm has some inadequacy in the FCG simulation of the stem. Moreover, results showed that the FCG life might have a much lower value than the previously reported data.
کلید واژه ها :
,Hip implant, Fatigue design, Fatigue crack growth simulation, Extended finite element method (XFEM), Virtual crack closure technique (VCCT),, _ کل,ی,دواژهها,:, ,ایمپلنت مفصل ران، طراحی خستگی، شبیه,,سازی رشد ترک خستگی، روش ,اجزایمحدود, توسعه,,یافته (,XFEM,)، روش بسته,,شدن مجازی ترک (,VCCT,),
0
صفحه اول :
A numerical study on the fatigue design of the femoral stem used in total hip arthroplasty
فصل اول :
1-32
فصل دوم :
33-54
فصل سوم :
55-75
فصل چهارم :
76-121
فصل پنجم :
122-125
فصل ششم :
126-138
139-
NULL