ارائه يك مدل رياضي، بررسي و بهينه سازي پارامتر هاي مؤثر در دماي فرآيند سوراخكاري استخوان كورتيكال

An Investigation on Thermal Necrosis, Modeling and Optimization of Temperature in Bovine Cortical Bone Drilling Process

در اين مقاله يك مدل رياضي رگرسيون خطي مرتبه دوم به منظور پيش ­بيني رفتار دماي فرآيند توسط جراح در حين عمل سوراخكاري استخوان به وسيله ربات‌هاي جراحي برحسب سرعت دوران ابزار، آهنگ پيشروي ابزار، قطر ابزار و برهم كنش­هاي مؤثر آنها ارائه شده است. مدل سطح پاسخ ارائه شده قادر است رفتار دما را با توجه به تنظيمات عامل‌هاي ورودي پيش بيني نمايد. گستره مجاز تغيير پارامتر عمل جراحي سوراخكاري استخوان با توجه به لزوم سرعت عمل هرچه بيشتر در اين تحقيق ارائه شده است. آزمايش هاي تجربي كه بر روي ران گاو صورت گرفته است بر اساس روش سطح پاسخ طراحي و مدلسازي شده‌اند و بهينه‌سازي لازم براي تعيين شرايط عمل جراحي صورت پذيرفته است. نتايج نشان مي­دهد كه در محدوده آزمايش­ها با افزايش قطر ابزار و سرعت برشي آهنگ افزايش دماي فرآيند افزايش مي يابد و رفتار آهنگ پيشروي در اين فرآيند پيچيده بوده كه در اين تحقيق به طور دقيق به آن پرداخته شده است.

In this paper a mathematical model is developed to able surgeon to predict the temperature of the process based on tool’s rotational speed, feed rate, tool diameter and effective interactions between parameters. The allowable range of parameters in bone drilling operation is introduced to obtain a quick and swift operation as desirable. Experiments were designed and modeled using response surface method and to ascertain operation condition, optimization was performed. Results show that within the range of the variables, with an increase in tool diameter and cutting speed the rate of temperature increment, boosts up. It is noted that the behavior of the feed rate is complex where in this paper is investigated precisely. Introduced response surface model is able to anticipate temperature behavior based on input parameters.