Jeg spekulerer på, hvordan man skal tage fat på problemet med kulfiberbaserede udskiftninger af knogler. I betragtning af en lårben, hvilke ulemper ville kulstoffibre have under de typer torsion, kompression, slid osv., Der opleves af en biologisk lårben?
Det ville være dejligt, hvis du tilfældigvis overvejer metoder til at imødegå ulemper, hvis nogen. Spørgsmål antager, at produktion ikke er et problem, men design er.
Kunstige menneskelige knogler .
Så lad os s se på fakta. Knoglerne i din krop er lavet af materiale, der har en trækstyrke på 150MPa, en belastning til svigt på 2% og en brudstyrke på 4MPa (m) ½. For et strukturelt materiale, der ikke er godt. Vi kan fremstille legeret stål, der er ti gange bedre i alle disse tre egenskaber. Men selvfølgelig er der nogle andre faktorer, som vi skal tage i betragtning for at kunne foretage en gyldig sammenligning. Knogler er mindre tætte end metaller, og dette er vigtigt, fordi vægten af vores knogler påvirker den energi, der er nødvendig for at bevæge sig stærkt. For at udføre en kvantitativ analyse skal vi overveje geometrien og belastningen på strukturen. De største knogler er for det meste rørformede, belastet i kompression og bøjning. Så en rationel sammenligning er at forestille sig rør fremstillet af forskellige materialer, der alle har samme længde og diameter, med deres tykkelser justeret for at give dem alle den samme vægt. Ved at lægge nogle typiske dimensioner og materialegenskaber finder vi, at spændingerne i en knogle fremstillet af titaniumlegering for eksempel ville være ca. 1,3 gange højere end i en knogle med samme vægt fremstillet af knogle. Men titaniumlegeringen er 5 gange stærkere, så dens sikkerhedsfaktor er tydeligvis meget højere.
Kommentarer
- Hej Garet, jeg ville nedstemme, fordi der ikke er noget specifikt fysikspørgsmål, eller ironisk nok kan nogle hævde, at der er alt for mange af dem til denne Q og A. Undskyld
- np, kan du måske foreslå en mulighed for at reducere rækkevidden af spørgsmål? Jeg forsøgte at gøre det ved at indsnævre tingene til den form og rækkevidde, som en lårben oplever. for det meste torsion og kompression – ting som kemiske effekter af biomet forventedes ikke.
Svar
En simpel spørgsmål til at behandle en så bred vifte af spørgsmål.
Det antages, at der ville blive anvendt biokompatible / fleksible harpikssystemer. Da CFRP-styrke er mere end naturlig knoglespænding ved kompression / bøjning, ville det være langt bedre i funktion, hvis det overvejes separat ..
At den nævnte hvile er svær at tilfredsstille..1) fiberretningen er vigtig, hvis Naturens funktion udviklede sig efter så mange tusinde års udvikling, hvis man forsøger “reverse-engineering” kunstigt. 2) Lokal stivhedsvariation skal være nøjagtigt kendt for at være duplikeret i fiberplacering.
Diagrammet over knogler struktur & retning viser disposition af (hul sandwich) knoglemateriale. Knogletråd løber langs $ \ pm 45 ^ 0 $ i midten af femurakslen såvel som i nakkeområdet ovenfor. Kraft går ind i normal i begge ender i de trabekulære og kondylregioner. Grænsefladekraft resulterende skal være normal til transmitteret kraft for ikke at inducere revne / delaminering ved svaghed af interlaminære spændinger og kantstresseffekter i lamineret konstruktion.
Hvordan ville de professionelle det teetiske element laves? .. det er det vigtigere spørgsmål. Djævelen er i detaljerne .. eller så ser man design med kompositter. Ingen over / undesign er tilladt. Materiale bør ikke være, hvor det ikke kræves uden et funktionelt krav. Materiale skal placeres i den rigtige mængde og i den rigtige retning.
Som en mulighed skal en kulstofdug med flere lag i ekstremiteter rulles og indsættes i et metalformhulrum og varm harpiks hærdet. En design / FEM analyse er nødvendig efter overvejelse af FMECA, som er medicinsk velkendte. Belastninger og deres kombination ved halsen på kugle / muffe / bækkenled skal være kendt. Den krævede torsionsstyrke ved knæhætten kan have brug for silikone-rige lommer til stødabsorption i nærheden af de to led.
Ulemper med carbon / grafitfiberkomposit afhænger af overensstemmelse med graden af stivhed i multiaxial spredningsfordeling.
Kan være 3D-udskrivning af keramik giver en bedre spændingsledningsbane end ved hjælp af sprøjtestøbning eller stofstøbning af kulstof / grafit til stivhedsfleksibilitet og kornretningsregulering.
Kommentarer
- tak for det detaljerede svar! Jeg lader spørgsmål være i et par dage for godt mål, markeret korrekt. til reference, jeg ' Jeg fascinerede, at du tilbød en start på fremstillingsmetoden – tak.Jeg ' bemærker, at når du nævner multiaxial stress, foreslår nogle papirer, at der introduceres vener med høj urenhed og lille kornstørrelse. Måske dyppe nogle af tøjene i en ekstra løsning af en slags.
- [Chunni] [2] Jeg plejede at undre tøjkombination multipliceret snoet .. snoet spole ståltov) adresserer reqd design / fabn [2] : google.co.in/… :