بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

تأثیر سرعت بار دهی بر پارامترهای مکانیک شکست در استخوان کورتیکال ران به روش آزمایشی چهار نقطه خمش

چکیده
از مطالعه استخوان به عنوان یک جسم ویسکوالاستیک بیش از چند دهه نمیگذرد و محققان زیادی در تلاش برای فرموله کردن رفتار آن هستند. شناخت رفتار استخوان تحت خمش نیز مورد توجه بسیاری از محققانی است که به دنبال یافتن جایگزین برای استخوان هستند33 نمونه استخوانی تهیه شده از قسمت دیافیز 11 استخوان کورتیکال ران گاو که در 3 گروه 11 تایی CوA ,B تقسیم بندی شدند و تحت آزمایش چهار نقطه خمش با دستگاه اینسترون قرار گرفت و نیروی لازم جهت شکستن نمونه ها از دستگاه با 3 سرعت بارگذاری 0/05 ،0/5 و 5 میلیمتر بر دقیقه ثبت شد تا پارامترهای مکانیک شکست در مود اول یعنی ضرایب شدت تنش بحرانی1، KIC ، و نرخ انرژی کرنشی2، GIC محاسبه گردد. نشان داده شد که سرعت بارگذاری رابطه مثبت ومعنی داری با ضرایب شدت تنش بحرانی، KIC ، و نرخ انرژی کرنشی، GIC ( r=0.769 & p<0.001 ) دارد.

برای رسم نمودارها و تحلیل آماری از مدل خطی ساده استفاده شد و کلیه تحلیلهای آماری نتایج بـا اسـتفاده از نـرم افـزار SPSS انجام شده است.

واژه های کلیدی

استخوان کورتیکال گاو، سرعت باردهی، مکانیک شکست استخوان.

-1 مقدمه

استخوان معمولاً تحت بارهای متفاوت در امتداد طولی یا عرضی قرار میگیرد. نشان داده شده که استخوان یک ماده غیر ایزوتروپیـک اسـت اما میتوان بهصورت ایزوتروپیک عرضی در نظر گرفت. با ایـن فرضـیات اندازهگیریهای ضرایب شدت تنش بحرانی و نـرخ انـرژی کرنشـی بـرای استخوان، مثل مواد مهندسی میباشد. نتیجـه مطالعـات روی مکانیـک شکست استخوان، در طول سالهای گذشته به طور جـدی دنبـال شـده اســت. ایــوان3 و ملــوین4 اولــین مطالعــات کــاربردی خــود را دربــاره تکنیکهای مکانیک شکست و رشـد تـرک در اسـتخوان متـراکم چـاپ کردند. با استفاده از استخوان تازه گاو، یک شـکاف سـاده و مناسـب در کنــار یــا لبــه قطعــه بــا طــول 25 mm ، پهنــای 25 mm و ضــخامت 2/3 mm ماشینکاری و ایجاد کردند. نمونه را به صـورت مرطـوب در محلول آب- نمک نگهداری نمودند. آنها استخوان را بـه طـور اختیـاری ارتوتروپیک با جهت های اصلی در طول نمونه و عمود بر جهت عرضـی در طول استخوان فرض کردند. معمـولاً الیـاف سـاختاری اسـتخوان در جهت طولی آن قرار دارد .[1]

در ساخت نمونهها یک شکاف باریک در لبه کناری استخوان ایجـاد نمودند، بهطوری که در نقطه وسط از یک لبه با یک برش بصورت شیار مانندی ایجاد کردند که عمق این برش بصورت اختیاری تا نصف پهنای عرضی نمونه میباشد و انتهای آن تحت یک زاویه 60 درجه و بصـورت v شکل، ماشینکاری شده است. جهت این شکاف در جهـت طـولی یـا عرضی میباشد در این آزمایشها که توسط ایوان و ملـوین انجـام شـده است، نمونه بصورت حالت اول تست (TC) در داخـل گیـرهای کـه بـه گریپهای دستگاه اینسترون متصل است، قرار میگیـرد و بـا سـرعتهای 0/051 ، 0/51 و 5/1 سانتیمتر بر دقیقه به صورت کششـی بارگـذاری میشود. گیره و مجموعه بارهای اعمـالی از طـرف سیسـتم و فیکسـچر طراحی شده، یک مجموعه بارگذاری صلب اعمال میکنند . [2]

در سالهای اخیر تنش بحرانی به صورت ضریب Kc با اندازه گیری و مشخص کردن ابعاد نمونه و با بارگذاری مشخص با فرض اینکه سرعت رشد و انتشار ترک با دقت و تئوری الیزآن ترکهای نیمه محدود تقریباً به صورت نیمه صفحهای مـیباشـد محاسـبه شـده اسـت و سـرعت فـک اینسترون 0/051 سانتی متر بر دقیقه در نظر گرفته شـده اسـت. رشـد پایداری برای ترک در هر دو حالت طولی و عرضی ترکها مشاهده شـده است .[2]
در این مقاله تأثیر سرعت بار دهی بر شدت تنش بحرانـی KIC و نرخ انرژی کرنشی بحرانی GIC به روش آزمایشی چهار نقطه خمـش مورد بررسی قرار گرفته و ارتباط بین آنها ذکر شده است.

-2 مواد و روشها
تعداد 33 استخوان ران گاو نر 16-18 ماهه از نژاد محلی و رنگ سیاه و سفید بلافاصله بعد از کشتار و جدا نمودن بافتهای نرم به آزمایشگاه منتقل میشوند. ابتدا استخوان را از دو سر با استفاده از اره کمانی ظریف بریده و مغز استخوان را خالی میکنیم. سپس آنها را در تنزیبی که آغشته به سرم 0/9 درصد است پیچیده و در دمای -20 درجه سانتیگراد نگهداری میکنیم 24 ساعت قبل از ماشین کاری و تهیه نمونهها، استخوان را از فریزر خارج و در محلول سرم 0/9 درصد قرار میدهیم.[3] نمونهها از قسمت کورتیکال ناحیه دیافیز طبق استاندارد ASTM E399 آزمایش مکانیک شکست ساخته شد (شکل 2و.(1 البته در این استاندارد اندازه نمونهها در روش آزمایش سه نقطه خمش میباشد ولی طبق استاندار ASM اندازه نمونهها در هر دو روش (سه نقطه و چهار نقطه خمش) یکسان میباشد.[4]

در حین کار باید دقت شود که اولا ضربهای به استخوان وارد نشود و ثانیا دمای نمونهها بالا نرود که برای جلوگیری از افزایش دما به طور مداوم از سرم 0/9درصد استفاده میکنیم. 24 ساعت قبل از آزمایش نمونهها را از فریزر خارج نموده و در محلول آب نمک مرحله شکست مطابق شکل 3 برروی فیکسچری که طبق استاندارد ASTM E399 طراحی شده بود قرار گرفتند.


شکل :2ابعاد نمونه برای تست چهار نقطه خمش طبق استاندارد ASTM.E 399

سپس توسط دستگاه اسیترون از دو نقطه به فاصله یک سوم طول کل قطعه یعنی 16mm نیرو وارد شد. و چون در فاصله بین این دو نیرو مقدار ممان ثابت می باشد(مزیت روش آزمایش چهار نقطه خمش نسبت به روش آزمایش سه نقطه خمش) میتوان از فرمول زیر جهت بدست آوردن مقدار KIC استفاده کرد.

برای حالت کرنش صفحهای داریم .[5]

0/9درصد در دمای اتاق قرار میدهیم.


که مقادیر

برای رسم نمودارها و تحلیل آماری از مدل کلیه تحلیلهای آماری نتایج با اسـتفاده از شده است.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید