Uzun kemik kırıklarında kullanılan farklı kompozit plakların iyileşme sürecinde gerilme analizlerinin incelenmesi
Investigation of stress analysis of different composite plates used in long bone fractures in the healing process
Yazar: VEDA KABA
Danışman: YRD. DOÇ. SEMİH BENLİ
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Uzun kemik kırıklarında ortopedik plakların kullanımı büyük önem taşımaktadır. Bu plakların uygun dizaynı için kemik-plak sistemlerinin sonlu elemanlar yöntem ile gerilme analizleri yapılır. Bu nümerik çalışmada sonlu elemanlar metodu kullanılarak, ANSYS programında sayısal çözüm yapılarak, delikli kemik plak sistemi üç boyutlu olarak tasarlanmıştır. 18 tabakalı örgülü cam takviyeli, örgülü karbon takviyeli ve hibrit cam/karbon takviyeli kompozit plakalarının 0°, 15°, 30°, 45° oryantasyonları yapılarak; saf titanyum ve paslanmaz çelikten oluşturulan kemik plakaları, kırık bölgesindeki gerilme ve deformasyonlar açısından incelenerek karşılaştırılmıştır. Tek yönlü takviye edilmiş kompozitler fiber yönünde yüksek dayanımlı ve daha rijit fibere dik yönde ise mukavemeti oldukça düşük ve esnek olduklarından dolayı örgülü takviye edilmiş tabakalı kompozitler bu çalışmamızda seçilmiştir. Karbon takviyesi, cam takviyesine göre dayanımı oldukça yüksek ve aynı hacimde daha hafif bir malzeme olduğundan, hibrit kompozit plakalar üzerinde yoğunlaşılarak başlangıcındaki ve 8 hafta sonundaki gerilme ve deformasyon değerleriyle karşılaştırma yapılarak, optimal iyileşmeye katkı sağlayacak kompozit plak malzemesi ve oryantasyonları bulunmaya çalışılmıştır. Ayrıca, yeni geliştirilen kemik plak sisteminde farklı mekanik özelliklere sahip hibrid kompozit materyallerin kırık ara yüzey gerilme dağılımına etkisi incelenerek; stabilite, hafiflik, dayanım, maliyet ve kırık bölgesinde en uygun gerilme ve deformasyon değerlerine sahip olan malzeme seçilmeye çalışılmıştır.

Abstract:
The use of orthopedic  plates is of great importance in long bone fractures. For the proper design of these plates, stress analysis of bone-plate systems are carried out by using finite element method. In this numerical study, the numerical solution is made in ANSYS program by using the finite element method, and the perforated bone plate system is designed in three dimensions. 18 layers of braided glass reinforced, braided carbon reinforced and hybrid glass / carbon reinforced composite plates with 0 °, 15 °, 30 °, 45 ° orientations; Bone plates made of pure titanium and stainless steel were examined and compared in terms of stress and deformation in the fracture zone. Stiffened laminated composites were selected in this study because the unidirectionally reinforced composites are highly resistant in the fiber direction and the rigid fiber is perpendicular to the fiber direction. They were designed to have composite materials and orientations that would contribute to optimal healing by comparing with the stress and deformation values at the beginning and at the end of 8 weeks by concentrating on hybrid composite plates. In additon, by examining the effect of hybrid composite materials with different mechanical properties on the fracture interface stress distribution in the bone plate system, It was tried to choose the material having the most suitable stress and deformation values in terms of stability, lightness, strength, cost and fracture region.