Ik vraag me af hoe ik het probleem van op koolstofvezel gebaseerde botvervangingen moet aanpakken. Als we een femur overwegen, welke nadelen zou koolstofvezel hebben onder de soorten torsie, compressie, slijtage, enz .. die worden ervaren door een biologisch femur?
Het zou geweldig zijn als je toevallig methoden overweegt om eventuele nadelen tegen te gaan. De vraag gaat ervan uit dat productie geen probleem is, maar ontwerp wel.
Kunstmatige menselijke botten .
Dus laten we Kijk naar de feiten. De botten in je lichaam zijn gemaakt van materiaal met een treksterkte van 150 MPa, een breukrek van 2% en een breuktaaiheid van 4 MPa (m) ½. Voor een constructiemateriaal is dat niet goed. We kunnen gelegeerde staalsoorten maken die in alle drie deze eigenschappen tien keer beter zijn. Maar er zijn natuurlijk nog enkele andere factoren waarmee we rekening moeten houden om een geldige vergelijking te maken. Bot is minder compact dan metalen en dit is belangrijk omdat het gewicht van onze botten de energie die nodig is om te bewegen sterk beïnvloedt. Om een kwantitatieve analyse uit te voeren, moeten we rekening houden met de geometrie en de belasting op de constructie. De belangrijkste botten zijn meestal buisvormig, belast in compressie en buiging. Een rationele vergelijking is dus om buizen voor te stellen die zijn gemaakt van verschillende materialen, allemaal met dezelfde lengte en diameter, met hun dikte aangepast om ze allemaal hetzelfde gewicht te geven. Als we enkele typische afmetingen en materiaaleigenschappen toevoegen, zien we dat de spanningen in een bot gemaakt van bijvoorbeeld een titaniumlegering ongeveer 1,3 keer hoger zouden zijn dan in een bot met hetzelfde gewicht, gemaakt van bot. Maar de titaniumlegering is 5 keer sterker, dus de veiligheidsfactor is duidelijk veel hoger.
Opmerkingen
- Hallo Garet, ik zou downstemmen omdat er geen specifieke natuurkundige vraag is, of ironisch genoeg, sommigen zullen beweren dat er veel te veel van zijn voor deze vraag en antwoord. Sorry
- np, zou je misschien een ruimte om het aantal vragen te verkleinen? Ik probeerde dit te doen door dingen te versmallen tot de vorm en het toepassingsgebied dat een dijbeen ervaart. meestal torsie en compressie – zaken als chemische effecten van het bioom werden niet verwacht.
Antwoord
Een eenvoudig vraag om zo een breed scala aan problemen aan te pakken.
Aangenomen wordt dat biocompatibele / flexibele harssystemen zouden worden gebruikt. Aangezien CFRP-sterkte meer is dan natuurlijke botspanning bij compressie / buiging, zou het veel beter functioneren als het afzonderlijk wordt beschouwd.
Die rust is moeilijk te vervullen. 1) de richting van de vezel is belangrijk als de functie van de natuur ontwikkelde zich na zoveel duizenden jaren van evolutie als “reverse-engineering” kunstmatig wordt geprobeerd. 2) Van lokale stijfheidsvariatie moet nauwkeurig bekend zijn dat ze wordt gedupliceerd bij het plaatsen van vezels.
Het diagram van bot structuur & oriëntatie toont dispositie van (holle sandwich) botmaterie. Botfilamenten lopen langs $ \ pm 45 ^ 0 $ in het midden van de dijbeenschacht en in het nekgebied erboven. Kracht komt normaal binnen aan beide uiteinden in de trabeculaire en condylegebieden. De resulterende interfacekracht moet normaal zijn voor de overgedragen kracht om geen scheur / delaminatie te veroorzaken door zwakte van interlaminaire spanningen en randspanningseffecten in gelamineerde constructies.
Hoe zouden de profs thetisch element worden gemaakt? .. dat is de belangrijkste vraag. De duivel zit hem in het detail .. zo ziet men design met composieten. Over / undesign is niet toegestaan. Materiaal mag niet zijn waar het niet nodig is zonder een functionele vereiste. Materiaal moet in de juiste hoeveelheid en in de goede richting worden geplaatst.
Als een mogelijkheid moet een koolstofdoek met meer lagen aan de uiteinden worden opgerold en in een metalen vormholte worden gestoken en met hete hars worden uitgehard. Een ontwerp / FEM-analyse is nodig na het overwegen van FMECA die medisch algemeen bekend zijn. Belastingen en hun combinatie bij de hals van het kogel / kom / bekkengewricht moeten bekend zijn. De torsiesterkte die vereist is bij de knieschijf heeft mogelijk siliconenrijke zakken nodig voor schokabsorptie in de buurt van de twee gewrichten.
Nadelen met koolstof / grafietvezelcomposiet zijn afhankelijk van de mate van stijfheid in multiaxiale spanningsverdeling. / p>
3D-printen van keramiek biedt misschien een beter geleidingspad voor spanning dan het gebruik van spuitgieten of textielgieten van koolstof / grafiet voor flexibiliteit van de stijfheid en controle van de korrelrichting.
Opmerkingen
- bedankt voor het gedetailleerde antwoord! ik laat vragen een paar dagen open voor een goede maat, gemarkeerd als correct. ter referentie, ik ' m gefascineerd dat je een begin hebt gemaakt met de productiemethode – bedankt.Ik ' merk op dat als je multiaxiale spanning noemt, sommige artikelen suggereren aders met een hoge onzuiverheid en een kleine korrelgrootte te introduceren. Dompel misschien wat van de doeken onder in een of andere extra oplossing.
- [Chunni] [2] Vroeger vroeg ik me af hoe de combinatie van doeken meervoudig gedraaid is .. spiraalvormige stalen kabels) adressen reqd design / fabric [2] : google.co.in/… :