Experimental and computational investigation of biomechanical performance of the medical screws
Medikal vidaların mekanik performansının deneysel ve hesaplamalı olarak incelenmesi
- Tez No: 483540
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. DURMUŞ ALİ BİRCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- 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
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- 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
2019
Biyomühendislikİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YALÇIN İŞLER
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞENAY MİHÇİN
- 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
2018
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
- 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
1997
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YUSUF ORÇAN
- 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
2017
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGENÇ EBİL
- 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
2021
Biyomühendislikİstanbul Medipol ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASEMİN YÜKSEL DURMAZ