بررسي مرگ سلولي استخوان در برشكاري متعامد با استفاده از روش اويلر-لاگرانژ دلخواه و كوپل حرارتي-جابجايي

An investigation of osteonecrosis in orthogonal bone cutting using ALE and coupled temperature-displacement modeling

امروزه با پيشرفت علم پزشكي روش¬هاي نوين براي درمان بيماريهاي ارتوپدي مانند استفاده از برشكاري استخوان نقش مهمي را دارا ميباشند. عوامل موجود در فرايند برشكاري استخوان مي¬تواند تاثير زيادي بر روي بافت استخوان بگذارد، به‌طوري‌كه افزايش دماي استخوان در هنگام برشكاري ميتواند باعث مرگ سلولي بافت گردد. به همين دليل بررسي تاثير پارامترهاي مهم برشكاري مانند عمق برشي، زاويه برش و سرعت برشكاري بر روي بافت استخوان مسئله مهمي ميباشد. در اين مقاله يك مدلسازي كوپل دوبعدي از فرايند برشكاري متعامد استخوان ران گاو به دليل نزديكي خواص مادي آن به استخوان انسان، به كمك نرم‌افزار آباكوس و بكار بردن روش اويلر-لاگرانژ دلخواه صورت گرفته است. همچنين از شرايط پايدار براي ابزار و فرايند استفاده‌شده تا از اطلاعات موجود در نتايج آزمايشگاهي به‌دست‌آمده، به‌عنوان معيار دقيقي براي بررسي نتايج مورداستفاده قرار گيرد. با توجه به اين مهم كه استفاده از مدلهاي لاگرانژي و اويلري به‌تنهايي براي مدلسازي فرايند برشكاري كه در آن المانها دچار اعوجاج شديد مي شوند مناسب نيست. در اين مقاله از روش اويلر-لاگرانژ دلخواه استفاده‌شده تا از اعوجاج المانها جلوگيري شده و همچنين نتايج به‌دست‌آمده از اين مدلسازي برخلاف روش هايي كه از مش بندي مجدد براي كنترل تغيير شكل بزرگ و اعوجاج المان¬ها استفاده مي¬كنند، دقيق¬تر و قابل‌اطمينان ميباشد. نتايجي كه با استفاده از اين روش به‌دست‌آمده نشان ميدهد كه در برشكاري متعامد استخوان با افزايش عمق برش و سرعت برشكاري نيروي برشكاري و دماي استخوان افزايش‌يافته، اما با افزايش زاويه براده ابزار نيرو برشكاري و دما توليدي كاهش مي يابد.

Nowadays, with the advancement of medical science, modern methods for the treatment of orthopedic diseases, such as orthogonal bone cutting, play a significant role. parameters of cutting process can have a great effect on bone tissue, as temperature increase during cutting can cause osteo-necrosis. So it is important to study the effect of cutting parameters such as cutting depth, angle, and speed on bone tissue. In this paper a two-dimensional coupled thermo-mechanical modeling for orthogonal cutting of bovine cortical femur bone using the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method. Unlike the other methods using this method increased the results reliability and accuracy. the results represented that by increasing the cutting depth and cutting speed, the cutting force and bone temperature increased, but with the increase in the angle of cutting, the cutting force and the temperature are reduced.