جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "force" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «force» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
اهمیت سوراخ کاری ورق ها در صنعت از دیرباز مورد توجه بوده است. این فرایند از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و به عنوان روشی موثر برای ایجاد اتصالات در قطعات، به ویژه ورق ها، شناخته می شود. فرایند سوراخ کاری اصطکاکی، علاوه بر کاهش دورریز ماده در قطعات، با ایجاد فلنج های متصل کننده، توانایی ایجاد اتصالات قوی را فراهم می کند. در این تحقیق، با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس، فرایند سوراخ کاری اصطکاکی بر روی ورق هایی با سه ضخامت، سه سرعت دورانی و سه نرخ پیشروی، شبیه سازی و طراحی شد. سپس، نتایج نیروی به دست آمده از طریق تحلیل داده ها با استفاده از نرم افزار آماری دیزاین اکسپرت مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در این تحقیق، جهت بررسی فرایند، از آزمایشی به روش سطح پاسخ و تحلیل داده ها استفاده شد. در این مطالعه، مواد مورد استفاده از آلومینیوم 7075 بود که به عنوان یکی از مواد مهم در صنایع خودروسازی، تولیدی، نظامی و هوافضا شناخته شده است. در ادامه، نتایج نشان داد که با تنظیم نیروی ماشین کاری بهینه، می توان به شرایط بهتری در فرایند دست یافت. همچنین، شرایط بهینه برای انتخاب پارامترها به گونه ای تعیین شد که بیشترین سرعت دورانی، کمترین نرخ پیشروی و کمترین ضخامت قطعه را در بر داشته باشد. در این فرایند، دمای بالاتر به دلیل بهبود جریان یافتن ماده مناسب است و همچنین با افزایش ضخامت، حرارت افزایش می یابد. مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر عیوب قطعات در صنعت، تنش های پسماند هستند. تاکنون بررسی تنش پسماند به صورت شبیه سازی المان محدود روی این فرایند انجام نشده است؛ بنابراین در این تحقیق، تنش پسماند در جهات مختلف مورد بررسی قرار گرفت.کلید واژگان: سوراخ کاری اصطکاکی, تنش پسماند, طراحی آزمایش, المان محدود, نیروThe significance of sheet metal drilling within industrial applications is widely recognized, particularly for its critical role in creating durable connections in sheet components. This process, especially when implemented through friction drilling, not only minimizes material waste by generating connecting flanges bush shape but also enhances the robustness of the connections. In this study, we used the ABAQUS finite element software (FEM) to simulate and design the friction drilling process on sheets of three different thicknesses, employing three rotational speeds and three feed rates. The analysis was conducted using Design Expert statistical software, which integrated response surface methodology (RSM) and data analysis to thoroughly investigate the process forces. Aluminum AA 7075 was selected for the study due to its extensive use in the automotive, manufacturing, military, and aerospace organizations, highlighting its industrial relevance. The findings suggest that optimizing the machining force leads to more favorable conditions within the process. The optimal parameters were determined to include the highest rotational speed, the lowest feed rate, and the smallest sheet thickness. These conditions promote higher temperatures that facilitate better material flow. An increase in thickness was also found to correlate with higher temperatures. Additionally, the study addressed the significant industrial challenge of residual stresses and their effects on component defects, a topic not previously explored through finite element simulations in this context. This research contributes new insights into the implications of residual stresses in various directions for friction drilling processes.Keywords: Friction Drilling, Residual Stress, Design Of Experiment (Doe), Finite Element Method (FEM), Force
-
Journal of Modern Processes in Manufacturing and Production, Volume:12 Issue: 4, Autumn 2023, PP 27 -38
Friction Stir Welding has significantly transformed the metal joining industry, and an innovative variation known as stationary shoulder FSW has emerged. This study aimed to compare various aspects, including force, temperature, and strain, between conventional friction stir welding (CFSW) and stationary shoulder friction stir welding (SSFSW). To accomplish this, the finite element method was employed, utilizing the lagrangian technique to model the welding process. The findings revealed that in SSFSW, the highest temperature was observed in the vicinity of the rotating pin. This was attributed to the absence of a rotating shoulder in SSFSW, which played a major role in heat generation during welding. Moreover, the longitudinal forces on the tool in SSFSW were significantly higher compared to CFSW, approximately ten times greater. In the CFSW process, the affected area showing strain usually forms a basin-shaped pattern. However, in the SSFSW process, the strain distribution is confined within the range of the tool pin.
Keywords: FSW, SSFSW, Force, Strain, Temperature -
یکی از حساس ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری در جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. در این فرآیند سعی برآن است تا نیروی محوری وارد بر بافت استخوان حین عمل جراحی کمینه شود. برای کاهش نیرو روش های مختلفی از جمله استفاده از انجتم فرآیند در حالت سرعت بالا، خنک کاری با گاز، نوسانات فراصوتی، تغییر جنس و هندسه ابزار و همچنین استفاده از ابزارهای پوشش دار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مقاله بررسی اثر یک نوع نانو پوشش بر روی ابزار از جنس تیتانیوم نیتراید و بررسی اثر پارامترهای ورودی موثر بر روی رفتار نیرو در سوراخکاری ارتوپدی با در نظر داشتن الزامات پزشکی می باشد. در این پژوهش ماده پلیمری پلی متیل متاکریلات که خواصی نزدیک به استخوان دارد انتخاب و با ایجاد نانو پوشش از جنس تیتانیم نیترید بر روی ابزار، اثر سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار بر روی نیروی فرایند سوراخکاری با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ، مدل سازی و معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم حاکم بر مدل استخراج شده است. همچنین مقادیر بهینه هریک از پارامترهای ورودی به منظور دستیابی به بهترین و کمینه ترین مقدار نیروی ایجاد شده در حین سوراخکاری ارتوپدی ارایه شده است. نتایج نشان داده است که ایجاد نانوپوشش تیتانیم نیترید باعث کاهش نیرو به مقدار 40 درصد شده است. همچنین نیروی محوری با بیشترین مقدار سرعت برشی و کمترین مقدار سرعت پیشروی و در ابزارهای با قطر کمتر، کاهش قابل ملاحظه ای داشته است..کلید واژگان: ماشینکاری, سوراخکاری پلی متیل متاکریلات, نیرو, روش سطح پاسخ, نانو پوشش پزشکیOne of the most significant and applicable machining processes in surgeries and medical engineering is the bone drilling process. In this process, it is intended to minimize the axial force on the bone tissue during surgery. To reduce force, different methods have been considered; including the use of a variety of lubricants, ultrasonic oscillations, material replacement, tool geometry, and also the use of coated tools. The purpose of this paper is to investigate the effect of a specific type of nano coating on steel tool, and to investigate the effect of effective input parameters on force behavior in orthopedic drilling with medical requirements in mind. In this study, the polymeric material of poly-methyl-meta-carylate (PMMA), which has similar properties to the bone, was selected; and by creating titanium nitride nano coating on the tool, the effect of tool rotational speed, feed rate, and the tool diameter on the drilling process force have been extracted using the design of experiment by the response surface method, modeling and second-order linear regression equation governing the model. The optimum values of each input parameter are also presented in order to achieve the minimum and the best amount of force created during orthopedic drilling. The results show that the creation of titanium nitride nano coating reduces the force by 40 percent. Also, the axial force with the maximum cutting speed, the minimum feed rate, and in the tools with smaller diameters has been significantly reduced.Keywords: machining, Poly-methyl-meta-carylate drilling, force, response surface method, Medical nano coating
-
پلیمرهای حافظه شکلی دستهای از مواد هوشمند هستند که به هنگام قرارگیری در معرض محرک هایخارجی شامل دما، میدان مغناطیسی، نور و میدان الکتریکی میتوانند شکل اولیهی خود را بازیابی کنند. یکی ازپرکاربردترین دسته از این پلیمرها، پلیمرهای حافظه شکلی پاسخگو به حرارت هستند. این پلیمرها دارای مزایاییازجمله درصد بالای بازیابی شکلی و هزینهی تولید پایین میباشند و بهکارگیری آنها منجر به کاهش سازوکارهایپیچیده و به تبع آن، کاهش وزن و حجم سیستم ها میشود. پلیمرهای حافظه شکلی پاسخگو به حرارت در زمینه های متعددی ازجمله پزشکی، رباتیک، مکانیک و هوافضا کاربرد داشته و منجر به تحولات عظیمی شده اند. هدف ازارایه این مقاله بررسی رفتار پلیمرهای حافظه شکلی پاسخگو به حرارت و کاربردهای مختلف آنها است. در واقع بابررسی چرخه حرارت - مکانیکی، مدلهای ساختاری، انواع مختلف اثر حافظه شکلی، کاربردهای مختلف، آینده وچالشهای این پلیمرها ازجمله نیروی بازیابی کم و ارایه راهکار آن و تهیه جداول مختلف از تحقیقات اخیر سعی شدهاست این مواد بهطور جامع بررسی شوند. با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد این پلیمرها و تلاش برای رفع محدودیتهای آنها، در آینده جایگزین بسیاری از عملگرهای مکانیکی خودمونتاژ شونده خواهند شد.
کلید واژگان: پلیمرهای حافظه شکلی, چرخه ی حرارت-مکانیکی, بازیابی شکل و نیرو, کاربردهای پلیمرهای حافظه شکلیShape memory polymers are a type of smart materials that can recover their original shape when exposed to external stimuli including temperature, magnetic field, light, and electric field. One of the most widely used of these polymers is thermalresponsive shape memory polymers. These polymers have advantages such as a high percentage of shape recovery and low cost and using them results in reducing complex mechanisms that lead to reducing the weight and volume of the systems. Thermalresponsive shape memory polymers have been used in many fields, including medicine, robotics, mechanics, and aerospace and have led to great changes. This paper aims to study thermal-responsive shape memory polymers behavior and their different applications. In fact, by investigating the thermomechanical cycle, constitutive models, different kinds of shape memory effect, different applications, their future, and challenges of these polymers including low recovery force and its solution and preparation of various tables from recent researches, these materials have been comprehensively studied. Due to the unique properties of these polymers and the effort to overcome their limitations, they will become a candidate for many self-assembled mechanical actuators in the future.
Keywords: Shape memory polymers, Thermomechanical cycle, Force, shape recovery, Shape memory polymers applications -
در این مقاله یک سنسور هیبریدی نوین بدون تماس استاتیکی مگنتواستریکتیو نیرو-گشتاور با استفاده از ماده گالفنل ارایه شده است. در ابتدا، روش طراحی سنسور در حالت های نیروی محوری و گشتاور پیچشی شرح داده شده است. خواص مغناطیسی-مکانیکی مواد مورد استفاده مانند نمودارهای B-H و نفوذپذیری مغناطیسی تحت پیش بارهای مکانیکی و میدان های مغناطیسی مختلف اندازه گیری شده و در برخی موارد بهبود یافته است که در شبیه سازی های المان محدود استفاده می شود. با استفاده از نتایج بدست آمده، سنسور توسط نرم افزار کامسول به صورت عددی شبیه سازی شده است. پس از آن، مجموعه سنسور با استفاده از نتایج شبیه سازی المان محدود ساخته شده و عملکرد آن به صورت تجربی در بارگذاری ها، جریان های الکتریکی و فرکانس های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. حساسیت، تکرارپذیری و خطای خطی بودن در دو حالت نیرو و گشتاور پیچشی به طور جداگانه ارایه و شرایط مطلوب عملکرد سنسور گزارش شده است. سپس، صحت نتایج شبیه سازی عددی در مقایسه با نتایج تجربی سنجیده شده است. در نهایت، مشخصات عملکردی سنسور در شرایط بهینه گزارش شده و مشاهده شد که حساسیت سنسور با افزایش جریان الکتریکی و فرکانس جریان افزایش می یابد. حداکثر حساسیت در حالت بار محوری و بار پیچشی به ترتیب mV/kgf 7349/0 و mV/N.m 24/2 می باشد.
کلید واژگان: سنسور, مگنتوالاستیسیته, نیرو, گشتاور, گالفنلThis paper presents a novel Contactless Hybrid Static Magnetostrictive Force-Torque sensor using Galfenol. Initially, the sensor's design principles in axial force and torque measurements are described. The magneto-mechanical properties of used materials, such as B-H curves and magnetic permeabilities are measured under various mechanical preloads and magnetic fields and improved in some cases. These properties are used in finite element method. The sensor is evaluated numerically using COMSOL Multiphysics® software based on the obtained experimental results. Afterward, the sensor is fabricated based on finite element method results and experimentally tested in different electrical currents and excitation frequencies. Sensitivity, repeatability and linearity errors are presented separately in force and torque measurements in optimal operating condition of the sensor. Then, the finite element method results are verified with the experimental results. Finally, the performance characteristics of the sensor in optimal conditions are presented and it is found that the sensitivity increases while increasing the electrical current (or magnetic field) and frequency. The maximum sensitivities for axial load and torque measurements are obtained at 0.7349 mV/kgf and 2.24 mV/N.m, respectively.
Keywords: Sensor, Magnetoelasticity, force, torque, Galfenol -
در تونل های باد، برای اندازه گیری 6 مولفه نیرو و گشتاور وارد بر مدل هواپیما از وسیله ای به نام بالانس اندازه گیری استفاده می شود. مجموعه بالانس اندازه گیری، شامل 2 بخش اصلی سازه بالانس و تجهیزات الکترونیکی است. در این تحقیق، برای دستیابی به پیکر بندی مطلوب سازه بالانس، یک مکانیزم با لولاهای انعطاف پذیرطراحی شده است. در روند طراحی ساختار هندسی این مکانیزم، چیدمانی 6 ستون لودسل- لولای انعطاف پذیر به صورت هدفمند انجام شده است. از مزایای این لولای انعطاف پذیرنسبت به لولاهای متداول، عدم وجود لقی و اصطکاک، کم حجم بودن، فشردگی و رفتار خطی آن است. در مکانیزم بالانس، اثر تقابلی مولفه های نیرو و گشتاور بر 6 ستون لودسل- لولا، خطای کوپلینگ ایجاد می کند. هر چقدر خطای کوپلینگ بزرگتر باشد، خطای اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور نیز افزایش می یابد. یکی از منابع اصلی این نوع خطا مربوط به سازه مکانیزم بالانس بوده و علت آن ناکافی بودن نسبت انعطاف پذیری محوری به جانبی ستون های یاد شده است. هدف این تحقیق، طراحی بهینه مکانیزم انعطاف پذیر به منظور دستیابی به حداقل خطای کوپلینگ سازه ای است. به همین منظور ابتدا قیدهای طراحی لولای انعطاف پذیرو روابط تحلیلی حاکم بر مکانیزم انعطاف پذیراستخراج شده و سپس با تشکیل ماتریس خطای کوپلینگ سازه ای، طراحی بهینه مکانیزم بالانس انجام شده است. برای اعتبارسنجی روابط تحلیلی و بررسی صحت نتایج، مساله با تحلیل المان محدود نیز مقایسه شده است. با ساخت مکانیزم بالانس و اندازه گیری مقادیر نیرو و گشتاور، نتایج نشان می دهد که با کاهش سهم خطاهای کوپلینگ سازه ای لولاها، خطاهای اندازه گیری مقادیر 6 مولفه نیرو و گشتاور بالانس کاهش یافته اند.کلید واژگان: لولای انعطاف پذیر_ لودسل, بالانس, نیرو, گشتاورIn the wind tunnels, the balance measurement instrument is used to measure six components of force and moment on an airplane model. The balance of measurement consists of two parts of the balance structure and electronic equipment. In this research, a mechanism with flexible hinges is designed to achieve the desired configuration of the balance structure. In the process of designing the geometric structure of this mechanism, an effective arrangement has been implemented for the six load cell - flexure columns. The advantages of flexible hinges in comparison to conventional hinges are the absence of friction, compactness and its linear behavior. The reaction effects of the components of force and moment on each six load cell - flexure columns created the coupling errors. One of the main sources of this kind of error is related to the structure of the balance mechanism. The reason for this type of error is the inadequacy of the axial flexibility to the lateral flexibility of the columns. The aim of this research is to optimize the design of the flexible mechanism in order to achieve the minimum coupling error of the structure. For this purpose, hinge design considerations and analytical equations of the flexible mechanism have been extracted. The design of the balance mechanism is optimized by creating a structure coupling error matrix. To validate the analytic equations and results, the problem is compared with the finite element analysis. The results indicated that the measurement errors decrease in the measurement of six components of force and moment of balance.Keywords: Flexible Hinge, Load Cell, Balance, Force, Moment
-
یکی از مهمترین، حساس ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری در حوزه جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. سوراخکاری استخوان کاربرد عمده ای در جراحی های ارتوپدی، درمان شکستگی ها و نمونه برداری های استخوانی و همچنین دندان پزشکی دارد. استفاده از دریل های جراحی اتوماتیک و همچنین ربات های جراح کنترل عددی سبب ایجاد تحولی شگرف در بهبود این فرآیند شده است. در طول عمل سوراخکاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به بافت استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در بافت اسنخوان می گردد و همچنین این امکان وجود داردکه مته جراحی در داخل بافت استخوان دچار شکستگی گردد. در این مقاله با درنظر گرفتن سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار به عنوان مهمترین فاکتورهای ورودی فرآیند ابتدا با استفاده از روش طراحی آزمایش ها و روش سطح پاسخ، نیروی اعمالی به بافت استخوان مدل سازی و معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم حاکم بر مدل استخراج گردیده و از دقت آن اطمینان حاصل شده است. سپس با بهره گیری از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل که نسبت به سایر روش ها دارای مزیت استخراج مقدار کمی تاثیر پارامترهاست، به بررسی تاثیر پارامترهای ورودی بر روی پارامتر خروجی نیرو پرداخته شده و چگونگی تاثیر هریک از پارامترهای ورودی به دقت بررسی شده است و در انتها با بهینه سازی مدل حاکم بر فرآیند، مقادیر بهینه هریک از پارامترهای ورودی به منظور دستیابی به کمترین و بهترین مقدار نیروی ایجاد شده در حین سوراخکاری بافت استخوان ارائه گردیده است. نتایج بدست آمده بدین صورت است که کمترین مقدار نیروی وارده بر بافت استخوان در قطرهای کمتر، نرخ های پیشروی پایین تر و حداکثر سرعت دوران ابزار حاصل می گردد. و از بین پارامترهای ورودی با در نظر گرفتن تغییرات همزمان تمامی پارامترها در بازه آزمایش ها، به ترتیب سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار بیشترین اثر را رفتار نیرو داشته اند.کلید واژگان: ماشینکاری, سوراخکاری استخوان, نیرو, تحلیل حساسیت آماری, طراحی آزمایش ها, مهندسی پزشکیBone drilling process is indispensable in orthopedic surgeries and treating bone breakages. It is also very important in dentistry and bone sampling operations. Therefore, bone drilling is one of the most important, common and sensitive processes in biomedical engineering field. Orthopedic surgeries can be improved using robotic bone drilling systems and also mechatronic bone drilling process can be promoted using automatic drilling machines and surgery-assisting robots. Furthermore, imposing higher forces to bone might lead breaking or cracking and consequently serious damage in bone. In this paper a mathematical second order linear regression model is introduced to predict process force behavior during bone drilling process as a function of tool drilling speed, feed rate, tool diameter and effective interactions. Design of experiments using response surface methodology is followed. Then second linear governing equation is assigned to the model and its accuracy is evaluated. Later, Sobol Statistical sensitivity analysis is used to ascertain the effect of process input parameters on process force. Results show that among all effective input parameters tool rotational speed, feed rate and tool diameter have the highest influence on process force respectively. The behavior of each output parameters with variation in each input parameter is further investigated.Keywords: machining, bone drilling, force, design of experiment, sensitivity analysis, Sobol method
-
برخی ویژگی های مناسب از جمله مقاومت در مقابل خوردگی، استحکام بالاتر، ضرایب انتقال حرارت و الکتریسیته بالاتر، باعث شده از ورقهای چند لایه، بطور وسیعی در صنایعی نظیر ساخت سوئیچ های الکتریکی و الکترونیکی استفاده شود. در این مقاله، حل تحلیلی بر اساس روش قاچی ارائه شده تا فرآیند نورد نامتقارن ورق دو لایه غیر همجنس غیر متصل، بررسی شود. شعاع غلتک های کاری، سرعت غلتک ها، اصطکاک و همچنین نسبت تنش تسلیم دو ماده نورد شده از مشخصه های فرآیند نورد نامتقارن هستند که در این مقاله مورد مطالعه قرار می گیرند. برای کل ناحیه تغییر شکل پلاستیک، تنش عمودی به صورت یکنواخت و تنش برشی به صورت غیر یکنواخت بر روی هر قاچ در نظر گرفته می شود. رفتار ماده در ناحیه پلاستیک به صورت صلب-پلاستیک کامل فرض می شود. هدف اصلی این مطالعه، بررسی تاثیر همزمان کشش از جلو و عقب و پارامترهای نامتقارنی بر توزیع تنش عمودی و فشار در طول سطح تماس غلتک ها با ورق چند لایه به منظور کاهش فشار و نیرو مورد نیاز فرآیند است که برای اولین بار ارائه می شود. تاثیر پارامترهای فوق بر موقعیت نقاط خنثی در سطوح غلتک های بالایی و پایینی نیز مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین حداکثر مقدار کشش از جلو جهت جلوگیری از ایجاد حالت لغزش ورق مشخص می شود. نتایج نشان می دهد که با اعمال مقادیر مناسب کشش به ورق در ورودی و خروجی منطقه تغییر شکل، مقدار نیرو و گشتاور فرآیند به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.کلید واژگان: تحلیل قاچی, نورد نامتقارن, ورق چند لایه غیر متصل, کشش از جلو و عقب, نیروSome appropriate characteristics like corrosion resistance, higher strength, and higher thermal and electrical conductivities cause that applications of clad sheets have been recently increased significantly in industries like production of electrical and electronic switches. In this paper, an analytical solution based on the slab method analysis is presented to investigate the asymmetrical rolling of unbonded clad sheet. Roll radii, roll speeds, friction condition between surfaces, as well as the yield stress ratio of material of sheets are parameters of the asymmetrical rolling that considered in this paper. The non-uniformity of the shear stresses and the uniformity of the normal stresses at the vertical sides of each slab across the portion of the deformation material is taken into account through the plastic region. The behavior of material in plastic region is considered to be rigid-perfectly plastic. The main goal of this paper is to investigate the simultaneous effect of back and front tension and asymmetrical parameters on normal stresses and pressure distributions along the contact area of rolls and sheets for the first time in order to decrease pressure and force in the process. The effects of these parameters on the positions of the neutral points on the upper and lower rolls are also investigated. Moreover, the maximum back and front tensions to avoid slipping of the sheet are determined. The results show that by applying the proper amounts of tensions to the sheet at the entry and exit of deformation zone, pressure and force values could be reduced, considerably.Keywords: Slab Analysis, asymmetrical rolling, unbonded clad sheet, back, front tension, Force
-
یکی از مهم ترین فرآیند های ماشینکاری در حوزه جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. سوراخکاری استخوان کاربرد عمده ای در جراحی های ارتوپدی، نمونه برداری های استخوانی و همچنین دندان پزشکی دارد. در طول عمل سوراخکاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به بافت استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در بافت استخوان می گردد. در این مقاله، یک مدل تحلیلی بهبود یافته براساس کار های انجام شده توسط بونو و نی، چاندراسخاران و لی برای پیش بینی رفتار نیروی محوری در فرآیند سوراخکاری استخوان ارائه شده است، در این مدل عمل برش در راس مته به سه ناحیه تقسیم می شود: لبه های برش اولیه، بخش بیرونی لبه اسکنه (لبه برش ثانویه) و بخش داخلی لبه اسکنه (ناحیه دندانه). در مدل تحلیلی ارائه شده فرآیند برش در هریک از این سه ناحیه مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور صحه گذاری مدل تحلیلی، آزمایش های تجربی با بهره گیری از استخوان تازه گاو انجام شده است. نرخ پیشروی و سرعت دورانی ابزار به عنوان پارامتر های موثر در سوراخکاری در نظر گرفته شده و مدل آماری برای بدست اوردن مدل ریاضی و ارائه نمودار های برهم کنش متغیر های ورودی ازمایش، به روش سطح پاسخ و تحلیل تجربی فرایند سوراخکاری استخوان ارائه گردیده است. انطباق نتایج حاصل از مدل تحلیلی و آزمایش های تجربی مناسب ارزیابی می گردد. نتایج به دست آمده از مدل تحلیلی و مدل تجربی بدین صورت است که با کاهش مقدار پیشروی و افزایش سرعت دورانی ابزار نیروی وارده به بافت استخوان کاهش می یابد.کلید واژگان: ماشینکاری, سوراخکاری, استخوان, مدل تحلیلی, نیروOne of the most important machining processes in the field of orthopedic surgeries and biomedical engineering is the drilling process. Applying excessive forces on the bone tissue, it can be caused cracking and damage bone tissue during the drilling process. In this paper, it is produced an improved analytical model based on early work done by Bono and Ni, Chandrasekharan, and Lee to predict the thrust force in the bone drilling process. In this model, the cutting action at the drill point is divided into three regions: the primary cutting lips, outer portion of the chisel edge (the secondary cutting edges), and inner portion of the chisel edge (the indentation zone). All three regions have been investigated for the cutting process by the analytical model. In order validating the model, some experiments performed on the fresh bovine bone. Feed rate and rotational speed are adapted as the effective parameter in the drilling process, The statistical model to obtain the mathematical model and provide interaction diagrams of input variables experiments, to response surface methodology and experimental investigation of bone drilling have been offered. Comparing the analytical model and experimental results show good agreement. From both analytical model and experiments, it is can conclude that with decreasing feed rate and increasing rotational speed, thrust force on the bone tissue decreases.Keywords: Machining, Drilling, Bone, Analytical Model, Force
-
هدف از پژوهش حاضر بررسی دینامیکی و تعیین اثر کفش های پاشنه بلند بر میزان نیروها و گشتاورهای داخلی ایجاد شده در مفاصل پایین تنه (مفصل ران، زانو و مچ پا) در حین راه رفتن بر روی زمین بوده است. برای انجام این کار، آنالیز حرکتی فرد مورد آزمایش در دو حالت راه رفتن با پای پرهنه و با کفش پاشنه بلند را در یک مرکز تحقیقاتی عضلانی- اسکلتی انجام داده و اطلاعات سینماتیکی مورد نیاز از جمله ماتریس های دوران، سرعت زاویه ای و شتاب زاویه ای اعضای پایین تنه به کمک اطلاعات بدست آمده از تست حرکت و با استفاده از تحلیل سینماتیکی اعضا استخراج شده است. همچنین نیروی کف پای ایستا با استفاده از صفحه نیروسنج نصب شده در آزمایشگاه اندازه گیری شده و با ارائه یک مدل دینامیکی سه بعدی از اعضای پایین تنه، با حل مساله دینامیک معکوس مدل ارائه شده، نیروها و گشتاورهای مفاصل در دو حالت فوق الذکر در طی فاز ایستای یک سیکل گامی محاسبه شده است. براساس نتایج بدست آمده از بررسی اثر دینامیکی کفش های پاشنه بلند بر روی مفاصل پایین تنه در حین راه رفتن، بین دو حالت راه رفتن بدون کفش و با کفش پاشنه بلند تغییرات نیرویی داخلی چشمگیری در مفاصل ران، زانو و مچ پا مشاهده نشد. این در حالیست که گشتاورهای داخلی این مفاصل در حالت راه رفتن با کفش پاشنه بلند افزایش قابل توجه ای نسبت به حالت راه رفتن بدون کفش به همراه داشته است. با توجه به نتایج بدست آمده، پوشیدن کفش های پاشنه بلند در دراز مدت می تواند منجر به آسیب دیدن مفاصل پایین تنه و بویژه مفصل زانو و همچنین عضلات محرک این مفاصل شود.کلید واژگان: کفش پاشنه بلند, پای ایستا, نیرو, گشتاور, مفاصل پایین تنهThe aim of this research is to dynamically investigate the effect of high-heel shoes on the amount of internal forces and torques produced in the lower body joints (hip, knee, and ankle joints) during walking. To do so, the gait analysis of the subject, in two states of walking barefoot and with high-heel shoes, has been conducted in a Musculoskeletal Research Center and then the required kinematic data including rotation matrices, angular velocity and angular acceleration of lower legs using kinematic analysis of legs have been derived. Also, the ground reaction forces have been measured using a force plate installed in the lab and by presenting a 3D dynamic model of lower legs and solving the inverse dynamic problem of model, forces and moments of the joints for two above modes during stance phase of a gait cycle have been calculated. Based on obtained results from investigation of dynamic effect of high-heel shoes during walking, variations of internal joint forces have not been salient. However, internal joint moments in state of gait with high-heel shoes respect to barefoot walking, have been had considerable increase. According to the results, long-term wear of high-heel shoes can lead to damage of lower body joints, especially the knee joint, as well as driving muscles of these joints.Keywords: High-heel shoe, Stance leg, Force, Moment, Joints of lower legs
-
فرایند سوراخ کاری استخوان مهمترین فرایند در اعمال جراحی ارتوپدی و درمان شکستگی هاست و همچنین در دندانپزشکی و نمونه برداری از استخوان کاربرد فراوانی دارد و به جهت پیچیدگی ماده تحت فرایند ماشین کاری و حساسیت فرایند، یکی از مهمترین، حساس ترین و پرکاربرد ترین فرایندهای مکانیکی درحوزه مهندسی پزشکی است. با استفاده از ربات های جراحی در سوراخ کاری استخوان و استفاده از دریل های اتوماتیک می توان اعمال جراحی ارتوپدی را بهبود بخشید. در انجام فرایند سوراخ کاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در استخوان می شود. و همچنین این امکان وجود دارد که مته جراحی در داخل بافت دچار شکستگی گردد. در این مقاله یک مدل ریاضی رگرسیون خطی مرتبه دوم به منظور پیش بینی رفتار نیروی فرایند در حین عمل سوراخ کاری استخوان برحسب سرعت دوران ابزار، نرخ پیشروی، قطر ابزار و برهم کنش های موثر آنها ارائه شده است. این مدل می تواند با دقت مناسب نیروی محوری اعمالی به بافت استخوان را در بازه آزمایش ها پیش بینی نماید. همچنین با طراحی آزمایش ها و مدل سازی و بهینه سازی پارامترهای موثر در فرایند سوراخ کاری استخوان به روش سطح پاسخ، بهینه ی مقدار سرعت دوران ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار به منظور دستیابی به کمترین مقدار نیرو ایجاد شده در حین سوراخ کاری استخوان و عدم آسیب به بافت آن، ارائه گردیده است. نتایج به دست آمده بدین صورت است که هرچه قطر مته مورد استفاده کوچکتر باشد و سرعت دورانی ابزار بیشتر گردد و در فرایند سوراخ کاری از نرخ پیشروی کمتری استفاده شود، نیروی محوری وارده بر بافت استخوان کمتر خواهد بود.
کلید واژگان: ماشین کاری, سوراخ کاری استخوان, نیرو, روش سطح پاسخ, مهندسی پزشکیBone drilling process is the most prominent process in orthopedically surgeries and curing bone breakages. It is also very common in dentistry and bone sampling operations. Due to complexity of the material that is machined, bone, and the sensitivity of the process, bone drilling is one of the most important, common and sensitive processes in biomedical engineering field. Developed a three-axis robotic bone-drilling system and mechatronic bone-drilling tools improved the orthopedic operations. Furthermore, imposing higher forces to bone might lead breaking or cracking and consequently serious damage in bone. In this paper a mathematical second order linear regression model is introduced to predict process force behavior during bone drilling process as a function of tool drilling speed, feed rate, tool diameter and effective interactions. This model can predict carefully force behavior during bone drilling within the acceptable range. Moreover, applying design of experiments, modeling and optimization of effective parameters using response surface method in bone drilling process optimized drilling speed, feed rate and tool diameter were obtained to minimize force. Results show that to minimize force increasing the drilling speed would decrease the thrust force, whereas decreasing the feed rate and tool diameter would decrease the Thrust force.
Keywords: Machining, Bone drilling, Force, Optimization, Response surface method, Biomechanics -
In this study, 3D 8inite element simulation of reaming process has been carried out on the hard steel. The cutting parameters in the simulation process were selected based on the optimum experimental results which lead to the smaller cutting forces, lower vibration of the reaming tool and better surface quality. This simulation was used to predict cutting forces as one of the most important reaming output variables. Simulation of material removal process was performed by commercial finite element software SFTC DEFORM-3D and using the explicit Lagrangian code. In addition, some empirical experiments were done on the hardened D2 tool steel workpieces to 8ind the optimum reaming condition and validation of finite element model. Cutting parameters including feed rate and cutting speed were changed and cutting forces were measured, experimentally. The results showed that the numerical results have a good consistency with the experimental one and average difference of 10% was seen. Finally, the effect of input parameters on the cutting force at the simulation and experimental test were investigated. It was seen that the cutting forces error is reduced between two analyses by increasing the feed rate. This indicates that the meshes with higher quality and density are required in lower removal rate.Keywords: Finite Element Simulation, Force, Reaming
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.