탄소 섬유 기반 뼈 대체 문제에 접근하는 방법이 궁금합니다. 대퇴골을 고려할 때, 생물학적 대퇴골이 경험하는 비틀림, 압축, 마모 등의 유형에서 탄소 섬유가 갖는 단점은 무엇입니까?
하락에 대응하는 방법을 고려한다면 좋을 것입니다. 질문은 생산이 문제가 아니라 디자인이라고 가정합니다.
인공 뼈 .
그러면 사실을보세요. 신체의 뼈는 150MPa의 인장 강도, 2 %의 파손에 대한 변형, 4MPa (m) ½의 파괴 인성 인 재료로 만들어집니다. 구조 재료의 경우 좋지 않습니다. 우리는 이러한 세 가지 속성 모두에서 10 배 더 나은 합금강을 만들 수 있습니다. 그러나 물론 유효한 비교를하기 위해 고려해야 할 몇 가지 다른 요소가 있습니다. 뼈는 금속보다 밀도가 낮으며 뼈의 무게가 이동하는 데 필요한 에너지에 큰 영향을 미치기 때문에 중요합니다. 정량적 분석을 수행하려면 구조에 대한 형상과 하중을 고려해야합니다. 주요 뼈는 대부분 관 모양이며 압축 및 구부러짐이 있습니다. 따라서 합리적인 비교는 길이와 직경이 같고 두께가 모두 같은 무게를 갖도록 조정 된 서로 다른 재료로 만든 튜브를 상상하는 것입니다. 예를 들어 티타늄 합금으로 만든 뼈의 응력이 뼈로 만든 같은 무게의 뼈보다 약 1.3 배 더 높을 것입니다. 그러나 티타늄 합금은 5 배 더 강하므로 안전 계수가 훨씬 더 높습니다.
댓글
- 안녕하세요 Garet, 구체적인 물리학 질문이 없기 때문에 반대표를 던지거나 아이러니하게도이 질문과 답변에 너무 많은 질문이 있다고 주장 할 수도 있습니다. 죄송합니다
- np, 질문의 범위를 줄이는 범위? 나는 대퇴골이 경험하는 형태와 사용 범위로 사물을 좁혀서 그렇게하려고했습니다. 대부분 비틀림과 압축-생물 군계의 화학적 효과와 같은 것은 예상되지 않았습니다.
답변
간단한 이러한 광범위한 문제를 해결하기위한 질문입니다.
생체 적합성 / 유연한 수지 시스템이 사용될 것으로 가정합니다. CFRP 강도는 압축 / 굽힘에서 자연적인 뼈 응력보다 더 크기 때문에 별도로 고려하면 기능면에서 훨씬 더 좋을 것입니다.
휴식은 만족하기 어렵다 ..1) 다음과 같은 경우 섬유의 방향이 중요합니다. 자연의 기능은 “역 공학”이 인위적으로 시도되면 수천 년의 진화 끝에 개발되었습니다. 2) 국소 강성 변화는 섬유 배치에서 복제되는 것으로 정확하게 알려 져야합니다.
뼈 다이어그램 구조 & 방향 은 (중공 샌드위치) 뼈 물질의 배치를 보여줍니다. 뼈 필라멘트는 $ \ pm 45 ^ 0을 따라 움직입니다. $ 대퇴골의 중앙과 위의 목 부위에 힘이 가해지며 섬유주와 과두 부위의 양쪽 끝에서 힘이 가해집니다. 결과적으로 생기는 계면 력은 전달 된 힘에 대해 수직이어야하므로 약점으로 인한 균열 / 박리가 발생하지 않습니다. 적층 구조에서 층간 응력 및 모서리 응력 효과
thetic element be made? .. 그게 더 중요한 질문입니다. 악마는 세부 사항에 있습니다. 오버 / 디자인 해제는 허용되지 않습니다. 기능적 요구 사항 없이는 재료가 필요하지 않은 곳에 있으면 안됩니다. 재료는 올바른 양과 방향으로 배치되어야합니다.
한 가지 가능성으로 사지에 더 많은 층이있는 탄소 천을 말아서 금형 구멍에 삽입하고 뜨거운 수지를 경화시켜야합니다. 의학적으로 잘 알려진 FMECA를 고려한 후 설계 / FEM 분석이 필요합니다. 볼 / 소켓 / 골반 관절의 목 부분의 하중과 그 조합을 알아야합니다. 무릎 캡에 필요한 비틀림 강도는 두 관절 근처의 충격 흡수를 위해 실리콘이 풍부한 포켓이 필요할 수 있습니다.
탄소 / 흑연 섬유 복합재의 단점은 다축 응력 분포의 강성 정도에 따라 달라집니다.
세라믹의 3d 프린팅은 강성 유연성 및 입자 방향 제어를 위해 사출 성형 또는 천 성형 탄소 / 흑연을 사용하는 것보다 더 나은 응력 전도 경로를 제공 할 수 있습니다.
댓글
- 자세한 답변에 감사드립니다! 나는 올바른 것으로 표시된 좋은 측정을 위해 며칠 동안 질문을 남겨 둡니다. 참고로 ' 제조 방법을 시작하게되어 매우 기뻤습니다. 감사합니다.저는 ' 다축 응력에 대해 언급 할 때 일부 논문에서 불순물이 많고 입자 크기가 작은 정맥을 도입 할 것을 제안합니다. 아마도 어떤 종류의 추가 솔루션에 천을 담근다.
- [천리] [2] 나는 천 조합에 꼬인 .. 코일 코일 강철 로프를 곱하는 것에 대해 궁금해하곤했다.) 요구되는 디자인 / 패브 [2] : google.co.in/ … :