بررسی خواص مکانیکی یک ماده متخلخل تابعی برای کاربرد در بافت های جایگزین به روش تحلیلی و عددی

مواد بیولوژیک متخلخل دسته جدیدی از مواد هستند که با توجه به خواص مکانیکی ویژه نظیر سختی و چگالی قابل تعریف و نیز فراهم نمودن امکان رشد استخوان، برای کاربردهای مختلف پروتزهای بیولوژیک از جمله جایگزینی استخوان در نظر گرفته می شوند. از طرفی پیشرفت های اخیر در زمینه ساخت با استفاده از پرینتر 3بعدی، امکان ساخت این مواد را با ریزساختارهای تعریف شده و کارآمد فراهم آورده است. در پژوهش پیش رو یک ماده متخلخل تابعی با تخلخل متغیر در لایه های مختلف مبتنی بر یک سلول واحد ارتوتروپیک جدید توسعه یافته و معرفی شده است. خواص مکانیکی این سازه ارتوتروپیک شامل مدول الاستیسیته و تنش تسلیم در جهات مختلف با توسعه روابط تحلیلی حاکم به شیوه تئوری محاسبه شده است. همچنین برای صحه گذاری نتایج تحلیل تئوری، مدل سازی عددی سازه در نرم افزار اجزاء محدود صورت گرفته است. نتایج تطابق مناسبی را بین روش تئوری و مدل سازی عددی نشان داده است. در ادامه با درنظرگرفتن سه سازه با میزان تخلخل های مختلف، خواص مکانیکی در هریک از لایه ها و نیز خواص کل سازه محاسبه شده است. خواص سازه های معرفی شده با خواص مکانیکی بافت استخوان تطابق خوبی را نشان داده است. در پایان تاثیر تغییرات مشخصه های مختلف سلول واحد ماده بر خواص مکانیکی کل سازه بررسی شده است و مشاهده شد که این تغییرات تاثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی کل سازه داشته و با تعیین مناسب مشخصه های هندسی می توان به کارآیی مناسب و توزیع مناسب خواص ماده برای کاربردهای مورد نظر دست یافت.