Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Karevan,Abbas Ghaei,Mohammad Mashayekhi
مهدی کاروان (استاد مشاور) عباس قائی (استاد مشاور) محمد مشایخی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sajjad Ganji zadeh
سجاد گنجی زاده زواره

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Finite Element Analysis for Fatigue Loading of Hybrid Material Using Damage Mechanics
Hybrid materials are known as a group of composites that consist of an organic and an inorganic parts. In medical science, hybrid materials are used for the replacement of damaged tissues such as bone prostheses. Hybrid material bone prostheses can be absorbed by body and the new bone tissue replaces the said bone prostheses whilst exhibiting properties similar to those shown by the body bone tissue. As bone prostheses are subjected to cyclic loadings as result of one’s physical activities, in this research the fatigue behavior of the hybrid material prosthesis is discussed. The Ogden hyperelastic constitutive equation is used to model the mechanical behavior of bone prostheses. Employing continuum damage mechanics approach, the Ogden hyperlastic model with the Lemaitre-Chaboche damage model was implemented by a VUMAT subroutine in Abaqus software. To investigate the fatigue behavior of bone prosthesis, a representative volume element (RVE) simulation is performed. The RVE geometry is created by spherical pores and random arrangement through a script implemented in the python environment of the Abaqus software. The simulation results of fatigue behavior of this RVE are compared with the experimental data achieved from the fatigue tests of porous bone tissue. Also, the ability of bone prostheses as a replacement for the porous bone tissue is evaluated. The simulation results demonstrated that the hybrid material introduced in fatigue loading exhibit a longer life about 45 percent than the porous bone tissue, and also represents a softer behavior. Keywords: hybrid materials, hyperelastic, fatigue, continuum damage
مواد هیبریدی به دسته‌ای از کامپوزیت‌ها اطلاق می‌گردد که از ترکیب یک جز آلی و یک جز معدنی ساخته شوند. در زمینه‌ی پزشکی از مواد هیبریدی برای تولید ساختارهای جایگزین بافت‌های آسیب دیده‌ی بدن نظیر پروتز‌های استخوانی بسیار استفاده می‌گردد. پروتزهای استخوانی بر پایه‌ی مواد هیبریدی می‌توانند در بدن جذب و بافت استخوانی جدید جایگزین آن‌ها شود و همچنین رفتار مکانیکی مشابه بافت استخوانی بدن را از خود نشان می‌دهند. به دلیل این‌که پروتزهای استخوانی در معرض بارگذاری‌های چرخه‌ای ناشی از فعالیت‌های فیزیکی فرد هستند، در این پژوهش به بررسی رفتار خستگی پروتزهای بر پایه‌ی مواد هیبریدی پرداخته می‌شود. برای مدل‌سازی رفتار مکانیکی پروتز استخوانی از رابطه‌ی ساختاری هایپرالاستیک آگدن بهره گرفته شد. با رویکردی از مکانیک آسیب، مدل هایپرالاستیک آگدن به همراه مدل آسیب لمتر- چابوش در زیر برنامه‌ی VUMAT نرم‌افزار آباکوس پیاده‌سازی گردید. برای بررسی رفتار خستگی پروتز استخوانی به شبیه‌سازی حجمک نماینده‌ای از آن پرداخته شد. هندسه‌ی حجمک نماینده به صورت متخلخل با حفره‌های کروی شکل و چینش تصادفی از طریق اسکریپت پیاده‌سازی شده در محیط پایتون نرم‌افزار آباکوس ایجاد گردید. در پایان نتایج حاصل از شبیه‌سازی رفتار خستگی این حجمک نماینده با داده‌های تجربی حاصل از آزمون‌های خستگی بافت متخلخل استخوان بدن مقایسه گردید و توانایی کاربرد پروتز استخوانی برای جایگزینی بافت متخلخل استخوان مورد ارزیابی قرار گرفت. در شبیه‌سازی انجام شده مشخص شد که ماده‌ی هیبریدی معرفی شده در بارگذاری خستگی حدود 45 درصد عمر بیش‌تری نسبت به بافت متخلخل استخوان بدن دارد و همچنین رفتار نرم‌تری از خود نشان می‌دهد. کلمات کلیدی : ماده‌ی هیبریدی، هایپرالاستیک، خستگی، مکانیک آسیب پیوسته

ارتقاء امنیت وب با وف بومی