أداء المواد المركبة للوقب الاصطناعي التعويضي للأطراف السفلية
Performance of the Composite Materials for Prosthetic Socket of Lower Limbs
- الباحث
- نور كاظم فهيد
- المشرف
- جواد كاظم عليوي - قحطان عدنان حمد
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم هندسة المواد / هندسة المواد
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2022
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Prosthetic socket;Composite materials;Lower limbs;Mechanical properties
الملخص
الهدف من هذا البحث هو تطوير قوب طرف اصطناعي مصنوع من مركبات مختلفة بهدف جعله ميسورة التكلفة وملائمة للأفراد. باستخدام إجراء الصب بالفراغ c تم استخدام خمسة عشر مواد AS yo لتصنيع وقب طرف اصطناعي سفلي. تتكون المادة الاساس من بولي ميثيل ميثا اكريليت ويتم تقويتها بعدة طبقات من الياف (الكتان والسيزال والقطن والكربون والزجاج و البيرلون). وتتكون المجموعات من ألياف السيزال والكتان والقطن بأعداد متفاوتة من الطبقات (طبقة واحدة ، طبقتان ، ثلاث طبقات) ، وبعد اختيار أفضل مجموعة (ثلاث طبقات من الألياف الطبيعية) ، تم إضافة الياف الزجاج والكربون عليها وتقييمها من خلال المقارنة بينها تضمن الجزء العملي من هذا البحث إجراء العديد من الاختبارات الميكانيكية (الشد ¢ الضغط ¢ االصدمة ، الانحناء ، أقصى algal القص ، الصلادة، والتعرية (Ay gall وكذلك بعض الاختبارات الفيزيائية (الكثافة وامتصاص الماء). بالإضافة إلى الاختبار التشخيصي يتم استخدام طيف الاشسعة التحت الحمراء لوصف اختلاط al gall وامتزاجيتها والفحوصات المرفولوجية (خشونة السطح) يتضمن القسم النظري من هذا البحث تقديرات معامل الامان النظريء معامل الفشل بالاضافة الى نسبة (بويزن) للكسر الحجمي اظهرت النتائج بان تغير نوع مادة التقوية لها تأثير كبير على خواص المواد المقاسة، وقد تم تحسين قيم غالبية الخصائص مع زيادة الكسر الحجمي لألياف. بينما تم تقل خواص (الاستطالة وامتصاص الماء). ظهرت الخصائص المثالية (قوة الشد ، معامل يونك، نسبة المقاومة / الكثافة) ، نسبة لمعامل يونك / الكثافة) ، قوة الضغط ، وامتصاص الماء والصلادة ) في عينات المجموعة التاسعة المتكونة من (كربون الكتان) الطبائقية الهجينة. حيث كانت قوة الشد ، معامل يونج ، قوة الضغط ¢ والصلابة )423 ميجا باسكال ، 5.6 جيجا باسكال ، 119 Lage باسكال ؛، 86 شور- (1). بينما تم الحصول على أعلى قيمة للخصائص (قوة الانحناء ، معامل الانحناء ، إجهاد القص الأقصى ¢ ومتانة الكسر) في مجموعة (الكربون السيزال) الطبائقية الهجينة مع )225 ميجا باسكال ، 7.2 Lage 13.8 ، Lage باسكال) علاوة على ذلك ¢ يوفر المجموعة المقواة (بالقطن مع الكربون) مقاومة صدمة استثنائية مع )83.5 ميجا باسكال) بينما بلغت صلابة الكسر 24 لمجموعة (2 بيرلون + ثلاثة سيزال + 2 ألياف كربون + 2 بيرلون). أدى التشعيع فوق البنفسجي ودورات الماء إلى انخفاض كبير في قيم الخصائص المتنوعة في جميع المجموعات أثناء اختبار التعرية التجوية. بلغت خشونة السطح أعلى مستوياتها في المجموعة (COC) )3.095 مم) وأدنى نقطة لها في المجموعة (LF) (3.095 ميكرومتر) يشير تحليل أطياف الأشعة تحت الحمراء إلى أنه لم يتم التعرف على قمم جديدة للعينات المركبة بعد إضافة الألياف الطبيعية والاصطناعية . 0ض a = | تم استخدام طريقة العناصر المحدودة باستخدام برنامج (ANSYS-16) الذي يستخدم لفحص مواد متراكبة لوقب صناعي تعويضي وتقييم الخصائص الأساسية من خلال توزيع منحنيات الاجهاد والانفعال المكافئ، وعامل الأمان ، والتشوه الكلي. عن طريق تكوين خمسة عشر موديل للوقب باعتباره تركيب هيكلي ثلاثي الابعاد. أوضحت النتائج العددية أن أقصى تشوه كلي لمجموعة ألياف القطن كان عندها أقصى إنفعال مكافئ (9.05 مم) و (0.016) على التوالي ، وكانت أقل قيمة لأدنى حد من عوامل الأمان العددية 1.21. و أظهرت النتائج التحليلية والعددية بطريقة العناصر المحددة تطابق مع معظم النتائج العملية.
Abstract
The goal of this research is to develop prosthetic sockets made of various laminated composites to make them more affordable and convenient for individuals. Utilizing a vacuum molding procedure, fifteen laminated composites were employed to manufacture trans-tibial prosthetic sockets in this work. The matrix is formed of polymethyl methacrylate (PMMA) and is strengthened with several layers of (flax, sisal, cotton, carbon, glass, and perlon) fibers. The laminate groups were composed of sisal, flax, and cotton fibers with varying numbers of layers (one, two, and three layers), and after choosing the best lamination (three layers of natural fiber), the glass and carbon fibers were introduced to it and evaluated by comparing. The experimental section of this research included conducting several mechanical tests (tensile, compression, impact, flexural, maximum shear stress, hardness, and weathering) as well as some physical tests (density and water absorption). In addition to morphological characteristics testing (surface roughness), and (FTIR) is also utilized to characterize the miscibility of materials. The theoretical section of this research includes estimations of the theoretical factors of safety and failure index, as well as Poisson's ratio, and volume fraction. The results indicate that altering the kind of reinforcement has a significant impact on the measured characteristics, and the values of the majority of characteristics were enhanced as the fiber volume fraction increased. While the characteristics (elongation and water absorption) were reduced. The optimum characteristics (tensile strength, Young's modulus, tensile strength/density) ratio, (Young's modulus/density) ratio, compression strength, hardness, and water absorption) were collected from the (flax and carbon) hybrid lamination for nine group specimens. Where tensile strength, Young's modulus, compression strength, and hardness were (423 MPa, 5.6 GPa, 119 MPa, and 86 Shore-D). While the highest value for characteristics (flexural strength, flexural modulus, max shear stress, and fracture toughness) was acquired in the (sisal+ carbon) hybrid lamination with (225 MPa, 7.2GPa, and 13.8 MPa). Furthermore, the (Cotton with Carbon Reinforcement) composite exhibits exceptional impact strength with (83.5 MPa.) while the fracture toughness reached 24 MPa.m1/2 for (two perlon + three sisal + two carbon fiber + two perlon) lamination group. UV irradiation and water cycles drastically decreased varied property values in all lamination groups during the weathering test. The surface roughness of hybrid laminated materials reached its highest in lamination (COC) (3.095 mm) and its lowest point in lamination 6 (1F)(3.095 μm) The infrared spectra FTIR analysis indicates that no new peak was recognized for composite samples after the addition of natural and synthetic fibers. The finite element methodology by (ANSYS-16) software is utilized to examine and assess basic characteristics by viewing the contour dispersion of equivalent stress and strain, safety factor, and total deformation for prosthetic socket lamination composites. This was accomplished by forming fifteen socket models, each of which was regarded as a three-dimensional structure. The numerical results showed that cotton fiber-reinforced lamination had the maximum total deformation, and equivalent elastic strain with (9.05 mm) and (0.016) respectively, with the lowest value of the minimal numerical safety factors of 1.21. The F.E.A's numerical and theoretical results correlated with most of the experimental data.
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.