Geri Dön

Experimental and computational investigation of biomechanical performance of the medical screws

Medikal vidaların mekanik performansının deneysel ve hesaplamalı olarak incelenmesi

  1. Tez No: 483540
  2. Yazar: AHMET ÇETİN
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. DURMUŞ ALİ BİRCAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Medikal Kemik vidaları, Kemik Sıyırma Dayanımı (KSD), Poliüretan (PU) köpük, Sonlu Elemanlar Analizi (SEA), Johnson Cook (JC) Malzeme Modeli, Medical Bone screws, Pull-Out Strength (POS), Polyurethane (PU) foam, Finite Element Analysis (FEA), Johnson Cook (JC) Material Model
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Çukurova Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 125

Özet

Medikal kemik vidaları ortopedi operasyonlarında kullanılan en kritik malzemelerden biridir. Vida gevşemesi ve sıyırması, ameliyat sırasında veya sonrasında karşılaşılan temel problemlerdendir. Kemik Sıyırma Dayanımı (KSD), düşük yoğunluklu veya osteoporotik kemiğe sabitlenmiş bir vidanın mekanik davranışını anlamaya yardımcı olan önemli parametrelerden biridir. Bu çalışmanın amacı bir kemik vidasının sıyırma dayanımının vida çapı ve Poliüretan (PU) köpük yoğunluk değişiminden nasıl etkilendiğini deneysel olarak incelemek ve sonuçların Sonlu Elemanlar Analizi (SEA) ile sayısal olarak doğrulanmasını yapmaktır. Deneylerde, iki farklı çapta (5.5 ve 6.5 mm) konik pedikül vida ve beş farklı yoğunlukta (0.08 g.cm-3, 0.16 g.cm-3, 0.24 g.cm-3, 0.32 g.cm-3 ve 0.48 g.cm-3) PU köpük kullanıldı. Daha sonra, her gerinim hızında (trabeküler 0.0015 s-1, 0.015 s-1 ve 0.15 s-1, kortikal 0.01 s-1) kemiklerin elastik-plastik malzeme modeli için Johnson Cook (JC) sabitleri hesaplandı. SEA çözümleri için elastik (trabeküler ve kortikal) ve viskoelastik JC modelleri oluşturuldu ve sıyırma kuvvetleri Abaqus/Explicit kullanılarak çözümlendi. Deneysel ve SEA sonuçlarından elde edilen kuvvet yer değiştirme eğrilerine göre; kullanılan vida çapı, PU köpük yoğunluğu ve gerinim hızlarındaki artışla kemik sıyırma dayanımının arttığı görülmüştür. Bu çalışmada, literatürde henüz rastlanmayan trabeküler (süngerimsi) kemik için JC malzeme model sabitleri elde edilmiş ve deneysel olarak doğrulanmıştır.

Özet (Çeviri)

Medical bone screws are one of the most critical materials used in orthopaedic operations. Screw loosening and pull-out are basic complications encountered during or after surgery. Pull-Out Strength (POS) of the bone is one of the significant parameters to understand the mechanical behaviour of a screw fixed to poor quality or osteoporotic bone. The objective of this study is to investigate how the POS of a bone screw is affected by the factors of the screw diameter and the polyurethane (PU) foam density by experimental analysis first and then verifying the results with numerically by Finite Element Analysis (FEA). In the experiments, two different diameter (5.5 mm and 6.5 mm) of conical pedicle screws and five different density (0.08 g.cm-3, 0.16 g.cm-3 0.24 g.cm-3, 0.32 g.cm-3 and 0.48 g.cm-3) PU foams were used. Then, the Johnson Cook (JC) constants for elastic–plastic constitutive model of the bone at each strain rate (trabecular 0.0015 s-1, 0.015 s-1 and 0.015 s-1, cortical 0.01 s-1) were calculated. For the FEA solutions, elastic (trabecular and cortical) and viscoelastic JC models were created and pull-out strengths were estimated using Abaqus/Explicit. According to the force displacement curves obtained both from experimental and FEA results; the POS increases with the increase in diameter, density and strain rates. In this study, JC materiel model constants for trabecular (cancellous) bone, which are not available in the literature, were obtained and validated experimentally.

Benzer Tezler

  1. Biomechanics of acetabular fractures with low energy trauma via finite element modeling and analysis

    Düşük enerji travmalı acetabular kırıklarının sonlu elemanlar modeli ve analizi

    SAMET ÇIKLAÇANDIR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Biyomühendislikİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YALÇIN İŞLER

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞENAY MİHÇİN

  2. İnsan burun boşluğundaki hava akışının sayısal olarak incelenmesi ve sanal septoplasti

    Numerical investigation of airflow in the human nasal cavity and virtual septoplasty

    CEM TURUTOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI

  3. Analysis of in vivo free oscilation of human lower limb using data digitization techniques

    Bilgisayarlı video çözümü yardımı ile insan bacağının serbest salınımının incelenmesi

    GÜRSOY YERLİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1997

    Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. YUSUF ORÇAN

  4. Experimental and computational investigation of transport phenomena in initiated chemical vapor deposition (iCVD) process

    Başlatılmış kimyasal buhar biriktirme prosesinde taşınım işlemlerinin deneysel ve hesaplamalı incelemesi

    SELCAN ATEŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ÖZGENÇ EBİL

  5. Experimental and computational investigation of clustering behavior of cyclodextrin-perfluorocarbon inclusion complexes through molecular dynamics simulations

    Siklodekstrin-perflorokarbon konuk-konak komplekslerinin kümelenme davranışının deneysel ve moleküler dinamik simülasyonları ile incelenmesi

    BETÜL KAYMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Biyomühendislikİstanbul Medipol Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YASEMİN YÜKSEL DURMAZ