Jeg lurer på hvordan jeg skal nærme oss problemet med karbonfiberbaserte utskiftninger av ben. Tatt i betraktning et lårben, hvilke ulemper ville karbonfiber ha under typene vridning, kompresjon, slitasje osv. Som oppleves av en biologisk lårben?
Det ville være flott om du tilfeldigvis vurderer noen metoder for å motvirke ulemper, hvis noen. Spørsmålet antar at produksjon ikke er et problem, men design er.
Så la «s se på fakta. Bena i kroppen din er laget av materiale som har en strekkfasthet på 150MPa, en belastning til svikt på 2% og en bruddstyrke på 4MPa (m) ½. For et strukturelt materiale som ikke er bra. Vi kan lage legeringsstål som er ti ganger bedre i alle disse tre egenskapene. Men selvfølgelig er det noen andre faktorer vi må ta hensyn til for å gjøre en gyldig sammenligning. Ben er mindre tett enn metaller, og dette er viktig fordi vekten av våre bein påvirker energien som trengs for å bevege seg sterkt. For å gjøre en kvantitativ analyse må vi vurdere geometrien og belastningen på strukturen. De viktigste beinene er for det meste rørformede, lastet i kompresjon og bøying. Så en rasjonell sammenligning er å forestille seg rør laget av forskjellige materialer, alle med samme lengde og diameter, med tykkelser justert for å gi dem alle samme vekt. Ved å legge inn noen typiske dimensjoner og materialegenskaper, finner vi at spenningene i et bein laget av titanlegering, for eksempel, ville være omtrent 1,3 ganger høyere enn i et bein med samme vekt, laget av bein. Men titanlegeringen er 5 ganger sterkere, så sikkerhetsfaktoren er åpenbart mye høyere.
Kommentarer
- Hei Garet, jeg vil nedstemme fordi det ikke er noe spesifikt fysikkspørsmål, eller ironisk nok, noen vil kanskje hevde at det er altfor mange av dem til denne Q og A. Beklager
- np, kan du kanskje foreslå en mulighet til å redusere spekteret av spørsmål? Jeg prøvde å gjøre det ved å begrense ting til formen og bruksområdet som en lårben opplever. for det meste torsjon og kompresjon – ting som kjemiske effekter av biomet ble ikke forventet.
Svar
En enkel spørsmål for å ta opp et så bredt spekter av spørsmål.
Det antas at bio-kompatible / fleksible harpikssystemer vil bli brukt. Siden CFRP-styrke er mer enn naturlig beinstress ved kompresjon / bøyning, vil det være bedre i funksjon hvis det vurderes separat ..
Når den hvile er vanskelig å tilfredsstille..1) er fiberretningen viktig hvis Naturens funksjon utviklet seg etter så mange tusen år med evolusjon hvis «revers-engineering» forsøkes kunstig. 2) Lokal stivhetsvariasjon bør være nøyaktig kjent for å være duplisert i fiberplassering.
Diagrammet over bein struktur & retning viser disposisjon av (hul sandwich) beinmateriale. Benfilamenter løper langs $ \ pm 45 ^ 0 $ i midten av femurakselen så vel som i nakkeområdet ovenfor. Kraft går inn i normal i hver ende i trabekulær og kondylregioner. Grensesnittkraft som resulterer skal være normal til overført kraft for ikke å indusere sprekk / delaminering ved svakhet i interlaminære spenninger og kantstresseffekter i laminert konstruksjon.
Hvordan ville proffene det teetiske elementet gjøres? .. det er det viktigste spørsmålet. Djevelen er i detaljene .. eller så ser man design med kompositter. Ingen over / undesign er tillatt. Materiale skal ikke være der det ikke kreves uten et funksjonskrav. Materialet skal plasseres i riktig mengde og i riktig retning.
Som en mulighet bør en karbonklut med flere lag i ekstremiteter rulles og settes inn i et metallformhulrom og varmharpiksherdet. En design / FEM-analyse er nødvendig etter å ha vurdert FMECA som er medisinsk kjent. Belastning og kombinasjon av disse ved halsen på kule / muff / bekkenledd bør være kjent. Torsjonsstyrke som kreves ved knehetten, kan trenge silikonrike lommer for støtdemping i nærheten av de to leddene.
Ulemper med karbon / grafittfiberkompositt avhenger av samsvar med graden av stivhet i fleraksial spenningsfordeling.
Kan være 3D-utskrift av keramikk som gir en bedre spenningsledningsbane enn å bruke sprøytestøping eller tekstilstøping av karbon / grafitt for stivhetsfleksibilitet og kornretningskontroll.
Kommentarer
- takk for detaljert svar! Jeg lar spørsmål stå opp et par dager for godt mål, merket riktig. for referanse, jeg ' Jeg fascinerte at du tilbød en produksjonsmetode – takk.Jeg ' Merk at der du nevner multiaxial stress, foreslår noen papirer å introdusere vener med høy urenhet og liten kornstørrelse. Kanskje dyppe noen av klutene i en ekstra løsning av noe slag.
- [Chunni] [2] Jeg pleide å lure på klutkombinasjon multiplisert vridd .. spiralformet ståltau) adresserer reqd design / fabn [2] : google.co.in/… :