Je me demande comment aborder le problème des remplacements osseux à base de fibre de carbone. Considérant un fémur, quels inconvénients la fibre de carbone aurait-elle sous les types de torsion, compression, usure, etc. subis par un fémur biologique?
Ce serait formidable si vous envisagiez des méthodes pour contrer les inconvénients, le cas échéant. La question suppose que la production nest pas un problème, mais la conception lest.
Alors laissez « s Regardez les faits. Les os de votre corps sont faits dun matériau qui a une résistance à la traction de 150 MPa, une déformation à la rupture de 2% et une résistance à la rupture de 4 MPa (m) ½. Pour un matériau de structure qui nest pas bon. Nous pouvons fabriquer des aciers alliés dix fois meilleurs dans ces trois propriétés. Mais bien sûr, il y a dautres facteurs dont nous devons tenir compte pour faire une comparaison valable. Los est moins dense que les métaux et ceci est important car le poids de nos os affecte fortement lénergie nécessaire pour se déplacer. Pour faire une analyse quantitative, nous devons considérer la géométrie et la charge sur la structure. Les os majeurs sont pour la plupart de forme tubulaire, chargés en compression et en flexion. Une comparaison rationnelle consiste donc à imaginer des tubes fabriqués à partir de matériaux différents, tous ayant la même longueur et le même diamètre, avec leurs épaisseurs ajustées pour leur donner tous le même poids. En mettant certaines dimensions et propriétés du matériau typiques, nous constatons que les contraintes dans un os en alliage de titane, par exemple, seraient environ 1,3 fois plus élevées que dans un os du même poids, fabriqué à partir dos. Mais lalliage de titane est 5 fois plus résistant, donc évidemment son facteur de sécurité est beaucoup plus élevé.
Commentaires
- Salut Garet, je voterais contre parce quil ny a pas de question de physique spécifique, ou ironiquement, certains pourraient dire quil y en a beaucoup trop pour ce Q et A. Désolé
- np, pourriez-vous suggérer un possibilité de réduire léventail des questions? Jai essayé de le faire en réduisant les choses à la forme et à la gamme dutilisation dun fémur. principalement la torsion et la compression – des choses comme les effets chimiques du biome nétaient pas attendues.
Réponse
Un simple question pour aborder un si large éventail de problèmes.
On suppose que des systèmes de résine biocompatibles / flexibles seraient utilisés. Comme la résistance du CFRP est plus que la contrainte osseuse naturelle en compression / flexion, elle serait bien meilleure en fonction si elle était considérée séparément.
Cela dit, le repos est difficile à satisfaire..1) la direction de la fibre est importante si la fonction de la nature sest développée après tant de milliers dannées dévolution si une « ingénierie inverse » est tentée artificiellement. 2) La variation de rigidité locale doit être connue avec précision pour être dupliquée dans le placement des fibres.
Le diagramme de los structure & orientation indique la disposition de la matière osseuse (sandwich creux). Les filaments osseux parcourent $ \ pm 45 ^ 0 $ au milieu de la tige du fémur ainsi que dans la région du cou au-dessus. La force entre dans la normale à chaque extrémité dans les régions trabéculaire et condyle. La force dinterface résultante doit être normale à la force transmise afin de ne pas induire de fissure / délamination par faiblesse de les contraintes interlaminaires et les effets des contraintes de bord dans la construction stratifiée.
Comment les pros lélément thétique doit-il être fait? … cest la question la plus importante. Le diable est dans le détail … ou alors on voit la conception avec des composites. Aucune sur / sous-conception nest autorisée. Le matériel ne devrait pas être là où il nest pas nécessaire sans une exigence fonctionnelle. Le matériel doit être placé dans la bonne quantité et dans la bonne direction.
En tant que possibilité, un tissu de carbone avec plus de couches aux extrémités doit être roulé et inséré dans une cavité de moule métallique et durci à chaud par résine. Une analyse de conception / FEM est nécessaire après avoir pris en compte les AMDEC qui sont médicalement bien connues. Les charges et leur combinaison au col de larticulation sphérique / alvéolaire / pelvienne doivent être connues. La résistance à la torsion requise au niveau de la genouillère peut nécessiter des poches riches en silicone pour absorber les chocs à proximité des deux articulations.
Les inconvénients du composite en fibre de carbone / graphite dépendent de la conformité du degré de rigidité dans la distribution des contraintes multiaxiales.
Peut-être limpression 3D de la céramique offre un meilleur chemin de conduction des contraintes que lutilisation du moulage par injection ou du moulage de tissu carbone / graphite pour la flexibilité de la rigidité et le contrôle de la direction du grain.
Commentaires
- merci pour la réponse détaillée! Je laisse des questions pendant quelques jours pour faire bonne mesure, marqué comme correct. pour référence, je ' m fasciné que vous ayez offert un début de méthode de fabrication – merci.Je ' ll noter que là où vous évoquez une contrainte multiaxiale, certains articles suggèrent dintroduire des veines avec une impureté élevée et une petite taille de grain. Peut-être tremper certains des tissus dans une solution supplémentaire de quelque sorte.
- [Chunni] [2] Javais lhabitude de me demander combinaison de tissu multiplié par torsion .. cordes en acier enroulé) adresses reqd design / fabn [2] : google.co.in/… :