مجتبی ذوالفقاری

چکیده پوکی استخوان یکی از شایع­ترین بیماری­ها در سراسر جهان به شمار می­آید. این بیماری احتمال شکست استخوان را افزایش می­دهد. از تکراری­ترین مناطق شکستگی استخوان می­توان به ستون فقرات و لگن اشاره کرد. بنابراین اهمیت زیادی دارد که پیش­بینی­های شکست در استخوان و ایمپلنت و پایداری سیستم آن­ها بررسی شوند. با توجه به کم بودن مدل­های ساختاری ماکروسکوپیک رضایت­بخش برای استخوان، تمرکز این پایان­نامه بر یک توصیف و فرمول­بندی ماکروسکوپیک از استخوان کورتیکال جهت استفاده در نرم­افزارهای المان محدود است تا بتوان به کمک آن رفتار استخوان را تحت بارگذاری­های شبه­استاتیک و دینامیک پیش­بینی کرد. شیوه­ی تحقیق به این صورت بوده که پس از معرفی خواص و رفتار مکانیکی استخوان و ایمپلنت، مدل ماده­های پیشین به همراه نقاط ضعف و قوت آن­ها ذکر شده و دو مادل ماده­ی جدید معرفی می­شوند: مدل زایست-گارسیا ومدل جانسون-کوک. به دلیل جامعیت و سادگی مدل جانسون-کوک از آن به منظور تعریف رفتار مکانیکی استخوان و ایمپلنت در شبیه­سازی تماس استخوان با ایمپلنت استفاده شده است. مدل جانسون-کوک به منظور توصیف رفتار مواد در نرخ کرنش­ها و دماهای بالا معرفی شده اما در فصل آخر مشاهده می­شود که این مدل پاسخ­گوی نرخ کرنش­های پایین هم هست. همچنین همان­طور که انتظار می­رود در بارگذاری استاتیک تجمع تنش و احتمال آسیب در یک نقطه دیده می­شود اما در بارگذاری دینامیک در چندین نقطه احتمال شکست وجود دارد. در فصل اول، مقدماتی راجع به بافت استخوان و عوامل موثر بر تخریب آن ارائه می­شود. در فصل دوم، به بررسی رفتار ساختاری استخوان و خواص مکانیکی مهم آن پرداخته شده و مدل­های ساختاری استخوان مرور می­شود. در ادامه­ی فصل به ایمپلنت و عوامل موثر بر استحکام آن توجه ویژه­ای خواهد شد. در فصل سوم، دو مدل زایست-گارسیا و جانسون-کوک برای تشریح رفتار ساختاری استخوان کورتیکال معرفی و تشریح می­گردند. در فصل چهارم، با استفاده از مدل جانسون-کوک، رفتار استخوان ران را هنگامی که ایمپلنتی داخل آن قرار گرفته باشد شبیه­سازی می­شود. در فصل آخر هم نتیجه­گیری و پیشنهادهایی به منظور تکمیل موضوع این پایان­نامه ارائه خواهد شد. واژگان کلیدی: رفتار استحکامی، مدل ساختاری، استخوان کورتیکال، ایمپلنت، شبه­استاتیک، دینامیک، شبیه­سازی