Titanyum cerrahi klipslerin biyomimetik yaklaşımla tasarlanması ve tasarımın sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Desing of titanium surgical clips with a biommimetic approach and analysis of their desi̇gns with finite element method
- Tez No: 942078
- Danışmanlar: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyomimikri, Biyomimetik Tasarım, Titanyum Cerrahi Klips, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Hiperelastik Malzeme, Biomimicry, Biomimetic Design, Titanium Surgical Clip, Finite Element Method, Hyperelastic Material
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu tez çalışmasında, biyomimetik yaklaşımlar doğrultusunda titanyumdan üretilmiş cerrahi klipslerin diş tasarımları geliştirilmiştir. Klipslerin diş yapısı, doğadaki canlılardan ilham alınarak farklı biçimlerde tasarlanmış ve bu geometriler SolidWorks 2023 programında modellenmiştir. Tasarlanan klipslerin yapısal uygunluğu ve damar üzerinde oluşturduğu mekanik etkiler, sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile değerlendirilmiştir. Böylece, mevcut klips sistemlerinde karşılaşılan sorunlara çözüm sunabilecek alternatif tasarımlar ortaya konmuştur. Yöntem: Tez kapsamında öncelikle biyomimetik tasarım ve titanyum cerrahi klipsler üzerine kapsamlı bir literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Hayvanların ağız ve diş yapıları detaylı olarak incelenmiş; kaz gagası, bal peteği, dikdörtgen, elmas geometrisi düzeni ve solucanların sinüzoidal hareketinden esinlenilerek farklı klips geometrileri oluşturulmuştur. Bu tasarımlar SolidWorks 2023 programında üç boyutlu olarak modellenmiş ve ANSYS 2021 R1 ortamında FEM tabanlı yapısal analizlere tabi tutulmuştur. Klipslerin damar ile etkileşimi, Mooney-Rivlin 5 parametreli hiperelastik damar modeliyle simüle edilerek değerlendirilmiştir. Bulgular: Biyomimetik yaklaşıma dayalı olarak oluşturulan diş yapıları, geleneksel tasarımlara kıyasla damar kapanmasını daha etkili şekilde gerçekleştirmiştir. Yapılan analizlerde,“V”tipi (chevron), bal peteği ve sinüzoidal yapıya sahip klipslerin damar üzerindeki deformasyon ve temas etkilerinde belirgin iyileşmeler sağladığı gözlemlenmiştir. Klips geometrilerine uygun mesh yapıları tanımlanarak, hiperelastik damar ortamında deformasyon ve temas analizleri gerçekleştirilmiştir. Biyomimetik esin kaynaklarının, sınırlı çalışma alanlarında dahi kapanma başarısını artırdığı görülmüştür. Sonuç: Yapılan analizler, biyomimetik tasarımın cerrahi klips formuna entegrasyonunun damar kapanmasında önemli avantajlar sağladığını göstermiştir. Literatürde konuya dair çalışmaların sınırlı olması nedeniyle bu tez çalışması, biyomimetik klips tasarımları için özgün ve katkı sağlayan bir yaklaşım sunmaktadır. Malzeme olarak kullanılan titanyumun yanı sıra, gelecekte biyobozunur akıllı alaşımlar (örneğin magnezyum) da tercih edilebilir. Cerrahlar ve mühendislerin birlikte yürüteceği disiplinler arası çalışmalarla, düşük maliyetli ve yerli üretim biyomimetik cerrahi klipslerin geliştirilmesi mümkündür.
Özet (Çeviri)
Purpose: In this thesis, tooth designs of surgical clips made of titanium were developed in line with biomimetic approaches. The tooth structure of the clips was designed in different forms inspired by living creatures in nature and these geometries were modeled in the SolidWorks 2023 program. The structural suitability of the designed clips and the mechanical effects they create on the vessel were evaluated with the finite element method (FEM). Thus, alternative designs that can provide solutions to the problems encountered in existing clip systems were presented. Method: Within the scope of the thesis, a comprehensive literature review was first conducted on biomimetic design and titanium surgical clips. The mouth and tooth structures of animals were examined in detail; different clip geometries were created inspired by the goose beak, honeycomb, rectangular, diamond geometry arrangement and the sinusoidal motion of worms. These designs were modeled in three dimensions in the SolidWorks 2023 program and subjected to FEM-based structural analyzes in the ANSYS 2021 R1 environment. The interaction of the clips with the vessel was evaluated by simulating them with the Mooney-Rivlin 5-parameter hyperelastic vessel model. Findings: Tooth structures created based on the biomimetic approach performed vessel closure more effectively compared to traditional designs. In the analyses performed, it was observed that clips with“V”type (chevron), honeycomb and sinusoidal structures provided significant improvements in deformation and contact effects on the vessel. Deformation and contact analyses were performed in the hyperelastic vessel environment by defining mesh structures suitable for clip geometries. It was observed that biomimetic inspiration sources increased the closure success even in limited working areas. Conclusion: The analyses performed showed that the integration of biomimetic design into the surgical clip form provides significant advantages in vessel closure. Due to the limited number of studies on the subject in the literature, this thesis study offers an original and contributing approach for biomimetic clip designs. In addition to titanium used as a material, biodegradable smart alloys (e.g. magnesium) may also be preferred in the future. It is possible to develop low-cost and domestically produced biomimetic surgical clips through interdisciplinary studies conducted by surgeons and engineers.
Benzer Tezler
- Manisa-Demirci-Köseler plaserinden titan minerallerinin kazanılması ve pigment üretimine katkı araştırmaları
Recovery of the titanium minerals from Manisa-Demirci-Köseler plocer sands and examination of their use in prgment production
SADULLAH ERTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİYAZİ DELİORMANLI
- Nd katı lazerle metallerin yüzeylerinin sertleştirilmesi
Başlık çevirisi yok
GÜRSEL ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Metalurji MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEKİR SAMİ YILBAŞ
- TiO2 ince filmlerinin optik parametrelerinin tayini
Başlık çevirisi yok
NURTEN ÖNCAN
Doktora
Türkçe
1985
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ÜLKÜ CANTÜRK
- Alaşımsız dual fazlı çeliklerin mekanik ve nokta kaynağı özellikleri
Başlık çevirisi yok
A.İRFAN YÜKLER
- Utilization of FeClSO4 and ferrogranular-20 in water and wastewater treatment
Başlık çevirisi yok
SANİYE ÇAKMAK(ONUR)
