تحلیل اجزاء محدود تنش و کرنش در پروتز جانشین زانوی انسان

تجربه از دست دادن یک عضو بسیار درنا ک و تلخ می باشد. درک کامل این حس تنها زمانی میسّر خواهد شد که فرد یک عضو خود را از دست بدهد. چاقی و بیشتر شدن عمر متوسط، تعداد کاشت های پروتز جایگزین زانو را افزایش داده است. به دلیل بالا رفتن امید به زندگی و همچنین پایین رفتن سن افراد پذیرنده این گونه پروتزها، عمر قابل انتظار این گونه پروتزها می بایستی افزایش یابد. از این رو برای بهبود کیفیت آن ها تحقیقات بسیاری در حال انجام می باشد تا بتواند عمر مفید آن ها را به قدری افزایش دهد که فرد بیمار نیازمند جراحی های مکرر بعدی برای تعویض و ترمیم پروتز آسیب دیده نباشد. در این پایان نامه عملکرد یک نمونه واقعی از پروتز جایگزین زانو که از پای یک پیرزن خارج شده، مورد بررسی قرار گرفته است. پروتز مورد نظر به دلیل پیچیدگی هندسی، توسط دستگاه اندازه گیری مختصات که نمونه ای از اسکنرهای سه بعدی تماسی هستند، با ایجاد ابر نقاط با دقت بالا مدل سازی و با نرم‎افزار تجاری سالیدورکس ویرایش شده است. مدل مورد نظر به روش المان محدود و با نرم افزار انسیس ورک بنچ با شرایط مرزی مختلف شبیه سازی و مورد تحلیل استاتیکی غیر خطی قرار گرفته است. مقایسه نتایج تطبیق مناسب نتایج شبیه سازی برای دو شرط مرزی گوناگون را نشان داده است. در ادامه جهت کاهش زمان همگرایی، از فرض خطی بودن ماده در شبیه سازی استفاده و نتایج حالت خطی و غیر خطی با هم مقایسه شده است. این نتایج، در موقعیت های گوناگون بارگذاری و در بحرانی ترین حالت از موقعیت های مختلف پیاده روی، بالا رفتن از پله، بلند شدن از صندلی، دو زانو ایستاده و چمپاتمه نشستن، برای ارزیابی عملکرد مکانیکی پروتز مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده شده است که نتایج خطی و غیر خطی به علت خارج نشدن از حالت الاستیک تیبیال پروتز زانو تطابق مناسبی دارد. بنابرین در ادامه بررسی از فرض خطی بودن استفاده شده است. با فرض خطی بودن، برای موقعیت های پیاده روی، بالا رفتن از پله، بلند شدن از صندلی، دو زانو ایستاده و چمپاتمه نشستن و با استفاده از شرط مرزی نوع اول، نتایج شبیه سازی نشان داد که حالت چمپاتمه نشستن بیش ترین تنش ها را روی پروتز زانو اعمال می نماید و مستعدترین وضعیت برای ایجاد خرابی (تغییر شکل پلاستیک) در پروتز زانو خواهد بود. بنابراین بیمار الزام به رعایت قوانین استفاده از پروتز دارد. در این راستا، با ارائه یک طرح اصلاح شده سعی در کاهش مقدار تنش معادل در این وضعیت بحرانی شده است. نتایج شبیه سازی با این مدل اصلاح شده حاکی از کاهش چشمگیر در حداکثر تنش اعمالی است.