Mă întreb cum să abordez problema înlocuirilor osoase pe bază de fibră de carbon. Având în vedere un femur, ce dezavantaje ar avea fibra de carbon sub tipurile de torsiune, compresie, uzură etc., experimentate de un femur biologic?
Ar fi grozav dacă s-ar întâmpla să luați în considerare orice metode de contracarare a dezavantajelor, dacă există. Întrebarea presupune că producția nu este o problemă, dar designul este.
Deci, să „s Uită-te la fapte. Oasele din corpul tău sunt realizate din material care are o rezistență la tracțiune de 150MPa, o tensiune la eșec de 2% și o rezistență la rupere de 4MPa (m) ½. Pentru un material structural care nu este bun. Putem realiza oțeluri aliate care sunt de zece ori mai bune în toate cele trei proprietăți. Dar, desigur, există și alți factori de care trebuie să ținem cont pentru a face o comparație validă. Oasele sunt mai puțin dense decât metalele și acest lucru este important deoarece greutatea oaselor noastre afectează puternic energia necesară pentru a ne deplasa. Pentru a face o analiză cantitativă trebuie să luăm în considerare geometria și încărcarea pe structură. Oasele majore sunt în cea mai mare parte tubulare, încărcate în compresie și îndoire. Deci, o comparație rațională este să ne imaginăm tuburi realizate din materiale diferite, toate având aceeași lungime și diametru, cu grosimile lor ajustate pentru a le oferi tuturor aceeași greutate. Punând unele dimensiuni și proprietăți materiale tipice, constatăm că tensiunile dintr-un os fabricat din aliaj de titan, de exemplu, ar fi de aproximativ 1,3 ori mai mari decât într-un os cu aceeași greutate, realizat din os. Dar aliajul de titan este de 5 ori mai puternic, deci, evident, factorul său de siguranță este mult mai mare.
Comentarii
- Bună Garet, aș vota negativ pentru că nu există nicio întrebare fizică specifică sau, în mod ironic, unii ar putea susține că există mult prea multe dintre ele pentru acest Q și A. Ne pare rău
- np, ai putea sugera scopul de a reduce gama de întrebări? Am încercat să fac acest lucru îngustând lucrurile la forma și gama de utilizare pe care o experimentează un femur. mai ales torsiune și compresie – lucruri precum efectele chimice ale biomului nu erau de așteptat.
Răspuns
O simplă întrebare pentru a aborda o gamă atât de largă de probleme.
Se presupune că ar fi folosite sisteme de rășină bio-compatibile / flexibile. Deoarece rezistența CFRP este mai mult decât stresul osos natural în compresie / îndoire, ar fi mult mai bună în funcție dacă este considerată separat ..
Respectiva odihnă este greu de satisfăcut..1) direcția fibrei este importantă dacă funcția naturii s-a dezvoltat după atâtea mii de ani de evoluție dacă se încearcă artificial „ingineria inversă”. 2) Variația rigidității locale ar trebui să fie cunoscută cu exactitate ca fiind duplicată în plasarea fibrelor.
Diagrama osului structura & orientare arată dispunerea materiei osoase (sandviș gol). Filamentele osoase rulează de-a lungul $ \ pm 45 ^ 0 $ în mijlocul arborelui femural, precum și în regiunea gâtului de mai sus. Forța intră normal la ambele capete în regiunile trabeculare și condile. Forța de interfață rezultantă trebuie să fie normală față de forța transmisă, astfel încât să nu inducă fisuri / delaminare prin slăbiciune a solicitări interlaminare și efecte de solicitare a muchiei în construcția laminată.
Cum ar fi profesioniștii se face elementul tetic? .. aceasta este întrebarea cea mai importantă. Diavolul este în detaliu .. cam așa se vede designul cu compozite. Nu este permisă supraîncărcarea / nedezvoltarea. Materialul nu trebuie să fie acolo unde nu este necesar fără o cerință funcțională. Materialul trebuie așezat în cantitatea potrivită și și în direcția corectă.
Ca o posibilitate, o pânză de carbon cu mai multe straturi la extremități ar trebui să fie rulată și introdusă într-o cavitate de matriță metalică și rășină fierbinte întărită. Este necesară o analiză de proiectare / FEM după luarea în considerare a FMECA care sunt bine cunoscute din punct de vedere medical. Trebuie cunoscute încărcăturile și combinația lor la gâtul articulației bilă / priză / bazin. Forța de torsiune necesară la genunchi poate necesita buzunare bogate în silicon pentru absorbția șocurilor în apropierea celor două articulații.
Dezavantajele cu compozit din fibră de carbon / grafit depind de conformitatea gradului de rigiditate în distribuția multiaxială a tensiunii.
Imprimarea 3D a ceramicii oferă o cale de conducere a stresului mai bună decât utilizarea turnării prin injecție sau a turnării carbonului / grafitului pentru o flexibilitate rigidă și controlul direcției bobului.
Comentarii
- mulțumim pentru răspunsul detaliat! Las întrebările pentru câteva zile pentru o măsură bună, marcate corect. pentru referință, ' m-a fascinat că ați oferit un început de metodă de fabricație – mulțumesc.' observ că, în cazul în care menționați stresul multiaxial, unele lucrări sugerează introducerea unor vene cu o impuritate ridicată și o mărime mică a granulelor. Poate că scufundați unele dintre cârpe într-o soluție suplimentară de un fel.
- [Chunni] [2] Mă întrebam combinația de pânză multiplă răsucită .. frânghii de oțel spiralate) adresele reqd design / fabn [2] : google.co.in/… :