تحلیل اجزای محدود تنش-کرنش استخوان ران انسان

یکی از شکستگی های شایع در اسکلت بدن، شکستگی استخوان ران می باشد که به انواع گوناگون تقسیم می شود. یکی از دلایل مهم شکستگی، طول زیاد آن به عنوان بلندترین استخوان بدن انسان می باشد که البته از آنجا که استخوان ران پا، یکی از اصلی ترین اعضا در تحمل نیروی وزن بدن است بنابر این سلامت آن برای ادامه زندگی انسان از اهمیتی بالایی برخوردار است. یکی از شکستگی هایی که در این استخوان رخ می دهد مربوط به شکستگی های ایجاد شده توسط وارد آمدن ضربه های شدید به علت پرت شدگی، حوادث رانندگی و موارد مشابه دیگر به استخوان ران، می باشد که اگرچه در جوانان بیشتر به چشم می خورد ولی از نظر پزشکی به گروه خاصی بستگی ندارد. مورد دیگری که می توان به آن اشاره کرد، شکست در ناحیه گردن ران می باشد که اغلب در افراد مسن اتفاق می افتد که دلیل آن نیز کاهش شدید تراکم استخوان، بعد از سنین میان سالی است. در دنیای امروز با توجه به افزایش میانگین طول عمر و کم تحرکی در سنین مختلف که از افزایش امکانات رفاهی سرچشمه می گیرد، که هر دو از دلایل کاهش تراکم استخوان می باشند، این پدیده با سرعت چشمگیری رو به افزایش است. برای هر یک از این نوع شکستگی ها درمان خاصی پیشنهاد می شود که اغلب توط روش های تجربی بدست آمده است زیرا که پیچیدگی هندسی و خواص ناهمسانگرد این استخوان، تحقیقات را در این زمینه با مشکلات زیادی مواجه کرده است. قابل قبول ترین روش موجود درتحلیل قطعات بیومکانیکی، تحلیل به روش اجزای محدود است. هدف این تحقیق ارائه یک مدل شبیه سازی شده از استخوان ران انسان به روش تحلیل اجزای محدود می باشد. این تحلیل توسط نرم افزار انسیس 10 انجام پذیرفته است. در این پژوهش، ابتدا به چگونگی ساخت یک مدل هندسی از استخوان ران انسان به روش مدل سازی مهندسی معکوس پرداخته شده است و در ادامه با تحقیق در مورد خواص ماده استخوان و ساده سازی های موجود در آن به شبیه سازی یک مدل نیمه کامل استخوان ران و تحلیل استاتیکی آن تحت سه نوع بارگذاری مختلف اعم از بارگذاری متمرکز، گسترده به صورت کامل و بخشی گسترده پرداخته شده است و با استفاده از نتایج بدست آمده تئوری و آزمایشگاهی در مطالعات گذشته، صحت این شبیه سازی و ساده سازی های انجام گرفته، اثبات گردید. در قسمت بعد، شبیه سازی استخوان کامل ران پای انسان در هنگام راه رفتن ساده در حالت ایستاده بر روی یک پا انجام شد و به تحلیل رفتار مکانیکی آن تحت سه نوع بارگذاری، پرداخته شد و بعد از بدست آمدن نتایج و مقایسه آنها با کارهای پیشین و مراجع جدید موجود به ارائه و تصحیح چگونگی توزیع تنش، کرنش و جابجایی در نواحی مختلف آن، از جمله نواحی بحرانی در پدیده شکست بیومکانیکی پرداخته شده است.