شبیه سازی عددی فرآیند سوراخ کاری استخوان جمجمه توسط جت آب

در این مقاله، مسئله سوراخ کاری سطح استخوان جمجمه انسان به شکل نیم کره بااستفاده از جت آب به صورت عددی شبیه سازی سه بعدی شده است. شبیه سازی شامل هر دو بخش جریان و انتقال حرارت جت آب برخوردی و فرایند تراشه برداری سطح می شود. برای مدل سازی جریان دو فازی جت، از روش حجم سیال و برای سوراخ کاری سطح استخوان، از معادلات جانسون- کوک در روش اجزای محدود استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ضرایب فشار و اصطکاک  روی سطح برخورد، بستگی به فاصله نازل از سطح دارند و فشار با کمتر شدن فاصله نازل از سطح در نقطه سکون افزایش می یابد. هم چنین با افزایش فاصله نازل از سطح، عدد ناسلت محلی در امتداد شعاع نیم کره و ماکزیمم ناسلت در نقطه سکون هر دو کاهش می یابند. اثر قطر نازل بر ضرایب فشار و اصطکاک نیز بررسی شد و دیده شد که فشار با افزایش قطر نازل در نقطه سکون افزایش خواهد یافت. تغییر سرعت جت نیز نشان داد که تغییر 20 درصدی این سرعت، اثر قابل توجهی بر ضرایب فشار و اصطکاک ندارد، ولی عدد ناسلت را افزایش می دهد. در مدل سازی فرایند سوراخ کاری سطح استخوان، از خواص و ضرایب واقعی جنس استخوان ازجمله ضریب پوآسن و مدول یانگ استفاده شد. مقایسه توزیع تنش ایجادشده در محل با دو معیار ترسکا و فون مایزز نشان می دهد که براساس پارامترهای پیشنهادی، سوراخ کاری به طرز مطلوبی انجام می پذیرد.