炭素繊維ベースの骨置換の問題にどのように取り組むか疑問に思っています。大腿骨を考えると、生物学的大腿骨が経験するねじれ、圧迫、摩耗などのタイプの下で、炭素繊維にはどのような欠点がありますか？
マイナス面に対抗する方法があれば、それを検討していただければ幸いです。質問は、生産は問題ではなく、設計は問題であると想定しています。
では、事実を見てください。あなたの体の骨は、引張強度が150MPa、破壊までのひずみが2％、破壊靭性が4MPa（m）½の材料で作られています。構造材料の場合は良くありません。これら3つの特性すべてで10倍優れた合金鋼を作ることができます。しかしもちろん、有効な比較を行うために考慮する必要のある他のいくつかの要因があります。骨は金属よりも密度が低く、骨の重さが動き回るのに必要なエネルギーに強く影響するため、これは重要です。定量分析を行うには、形状と構造への負荷を考慮する必要があります。主要な骨はほとんどが管状で、圧縮と曲げが加えられています。したがって、合理的な比較は、すべて同じ長さと直径を持ち、すべて同じ重量になるように厚さが調整された、異なる材料で作られたチューブを想像することです。いくつかの典型的な寸法と材料特性を入れると、たとえばチタン合金で作られた骨の応力は、同じ重量の骨で作られた骨の約1.3倍になることがわかります。しかし、チタン合金は5倍強いので、明らかにその安全率ははるかに高くなります。
コメント
- こんにちはガレット、特定の物理学の質問がないので反対票を投じます。皮肉なことに、このQとAにはあまりにも多くの質問があると主張する人もいるかもしれません。申し訳ありません
- np、おそらく提案していただけますか質問の範囲を減らすための範囲？私は、大腿骨が経験する形と使用範囲に物事を狭めることによってそうしようとしました。主にねじれと圧縮-バイオームの化学的効果などは予期されていませんでした。
回答
単純なこのような幅広い問題に対処するための質問。
生体適合性/柔軟性のある樹脂システムが使用されることが想定されています。 CFRPの強度は、圧縮/曲げにおける自然の骨応力よりも大きいため、個別に検討すると機能がはるかに優れています。
残りの部分を満足させるのは難しいと言われています。1）繊維の方向が重要な場合「リバースエンジニアリング」を人為的に試みた場合、何千年もの進化の後に開発された自然の機能。2）局所的な剛性の変化は、繊維の配置で複製されることが正確にわかっている必要があります。
骨の図構造&の向きは、（中空サンドイッチ）骨物質の配置を示しています。骨フィラメントは$ \ pm 45 ^ 0に沿って走っています。 $は、大腿骨シャフトの中央と上の首の領域にあります。力は、小柱と顆の領域の両端で正常になります。結果として生じる界面力は、伝達力に対して正常である必要があります。これにより、の弱さによる亀裂/層間剥離が引き起こされないようになります。積層構造における層間応力とエッジ応力の影響。
長所はどのようにテーマ要素を作成しますか？..それはより重要な質問です。悪魔は詳細にあります..またはそう1つはコンポジットでデザインを表示します。オーバー/デザイン解除は許されません。材料は、機能要件なしに必要とされない場所にあるべきではありません。材料は、適切な量と方向に配置する必要があります。
1つの可能性として、先端に層が多いカーボンクロスを丸めて金型キャビティに挿入し、高温の樹脂で硬化させる必要があります。医学的によく知られているFMECAを考慮した上で、設計/ FEM解析が必要です。ボール/ソケット/骨盤関節のネックでの荷重とそれらの組み合わせを知る必要があります。ニーキャップに必要なねじり強度には、2つのジョイントの近くに衝撃を吸収するためのシリコンリッチポケットが必要な場合があります。
炭素/グラファイト繊維複合材料の欠点は、多軸応力分布の剛性の程度の適合性に依存します。
セラミックの3D印刷は、剛性の柔軟性と粒子方向の制御のために、射出成形や布成形の炭素/グラファイトを使用するよりも優れた応力伝導経路を提供します。
コメント
- 詳細な回答をありがとう！私は、正しいとマークされた、適切な測定のために数日間質問を残します。参考までに、私は'あなたが製造方法の開始を提案したことに魅了されました-ありがとう。'多軸応力について言及している場合、不純物が多く粒子サイズが小さい静脈を導入することを提案している論文もあります。 おそらく、いくつかの布をある種の追加の溶液に浸します。
- [Chunni] [2]私は、布の組み合わせが複数回ねじられているのではないかと思っていました。 ： google.co.in/ … ：