Zajímalo by mě, jak přistupovat k problému kostních náhrad na bázi uhlíkových vláken. Když vezmeme v úvahu stehenní kost, jaké nevýhody by měla uhlíková vlákna při typech torze, stlačení, opotřebení atd., Které zažívá biologický femur?
Bylo by skvělé, kdybyste uvažovali o jakýchkoli metodách boje proti negativním stránkám, pokud existují. Otázka předpokládá, že výroba není problém, ale design ano.
Pojďme tedy podívejte se na fakta. Kosti ve vašem těle jsou vyrobeny z materiálu, který má pevnost v tahu 150 MPa, odolnost proti přetržení 2% a lomovou houževnatost 4MPa (m) ½. Pro konstrukční materiál, který není dobrý. Můžeme vyrobit slitinové oceli, které jsou desetkrát lepší ve všech třech těchto vlastnostech. Ovšem samozřejmě existuje několik dalších faktorů, které musíme vzít v úvahu, abychom mohli provést platné srovnání. Kosti jsou méně husté než kovy, což je důležité, protože hmotnost našich kostí silně ovlivňuje energii potřebnou k pohybu. Chcete-li provést kvantitativní analýzu, musíme vzít v úvahu geometrii a zatížení konstrukce. Hlavní kosti jsou většinou trubkovitého tvaru, zatěžovány tlakem a ohýbáním. Racionálním srovnáním je tedy představit si trubky vyrobené z různých materiálů, všechny mají stejnou délku a průměr a jejich tloušťky jsou upraveny tak, aby měly všechny stejnou hmotnost. Když uvedeme některé typické rozměry a vlastnosti materiálu, zjistíme, že napětí v kosti vyrobené například ze slitiny titanu by bylo asi 1,3krát vyšší než v kosti stejné hmotnosti vyrobené z kosti. Ale titanová slitina je 5krát silnější, takže její bezpečnostní faktor je zjevně mnohem vyšší.
Komentáře
- Ahoj Garet, odmítl bych, protože neexistuje žádná konkrétní otázka z fyziky, nebo ironicky, někteří by mohli namítnout, že je jich příliš mnoho na tuto Q a A. Omlouvám se
- np, mohl byste navrhnout rozsah pro zmenšení rozsahu otázek? Pokusil jsem se o to zúžením věcí na tvar a rozsah použití, které femur zažívá. většinou torze a komprese – věci jako chemické účinky biomu se neočekávaly.
Odpověď
Jednoduchý otázku řešit tak širokou škálu problémů.
Předpokládá se, že budou použity biokompatibilní / flexibilní pryskyřičné systémy. Protože pevnost CFRP je více než přirozené namáhání kostí při stlačení / ohybu, bylo by mnohem lepší fungovat, pokud by se uvažovalo samostatně.
To znamená, že zbytek je těžké uspokojit..1) směr vlákna je důležitý, funkce přírody se vyvinula po tolika letech evoluce, pokud se uměle pokusí o „reverzní inženýrství“. 2) Mělo by být přesně známo, že místní variace tuhosti jsou duplikovány v umístění vláken.
Schéma kosti struktura & orientace ukazuje dispozici (dutého sendviče) kostní hmoty. Kostní vlákna probíhají podél $ \ pm 45 ^ 0 $ ve středu stehenní kosti a také v oblasti krku výše. Síla vstupuje do normálu na obou koncích v trabekulárních a kondylových oblastech. Výsledná síla rozhraní by měla být kolmá k přenášené síle, aby nevyvolávala trhliny / delaminaci slabostí interlaminární napětí a vlivy okrajových napětí v laminované konstrukci.
Jak by to dokázali profesionálové tetický prvek? .. to je důležitější otázka. Ďábel je v detailech … nebo alespoň jeden pohled na design s kompozity. Není povolen žádný nad / undesign. Materiál by neměl být tam, kde není vyžadován, bez funkčního požadavku. Materiál by měl být umístěn ve správném množství a správným směrem.
Jednou z možností by měla být uhlíková tkanina s více vrstvami na koncích svinuta a vložena do dutiny kovové formy a vytvrzena horkou pryskyřicí. Po zvážení lékařsky dobře známých FMECA je nutná návrhová / FEM analýza. Zátěže a jejich kombinace na krku kulového / důlkového / pánvového kloubu by měly být známy. Pro tlumení nárazů v blízkosti obou kloubů může být zapotřebí kapsa na kolenní čepici.
Nevýhody kompozitu uhlík / grafitová vlákna závisí na shodě stupně tuhosti v rozložení víceosého napětí.
Může to být 3D tisk keramiky, který poskytuje lepší cestu vedení napětí než použití vstřikovacího nebo textilního uhlíku / grafitu pro flexibilitu tuhosti a řízení směru zrna.
Komentáře
- děkuji za podrobnou odpověď! Nechávám otázky na pár dní pro správnou míru, označené správně. pro informaci jsem ' m fascinoval, že jste nabídli začátek výrobní metody – díky.I ' si povšimnu, že když zmiňujete multiaxiální napětí, některé práce navrhují zavedení žil s vysokou nečistotou a malou velikostí zrn. Možná ponořte některé látky do nějakého zvláštního řešení.
- [Chunni] [2] Zajímalo by mě, jak kombinace látek několikrát zkroucené .. svinutá svinutá ocelová lana) adresy reqd design / fabn [2] : google.co.in/… :