Farklı yüklemeler etkisindeki insan kalça ekleminin sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
The investigation of a human hip joint under the effect of different loading by using finite element method
Yazar: MEHMET EMİN ÇETİN
Danışman: PROF. DR. HASAN SOFUOĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Anova testi = Anova test ; Biyomekanik = Biomechanics ; Kalça protezi = Hip prosthesis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Bu tez çalışmasında, 3 boyutlu olarak modellenmiş protezsiz ve protezli kalça eklemi sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında 3 farklı tip protez, noktasal ve yüzeysel olmak üzere 2 farklı yükleme, yürüme ve merdiven çıkma olmak üzere 2 farklı hareket için üç boyutlu modeller oluşturulmuştur. Bu üç boyutlu modellerin sonlu elemanlar analizleri için, yürüme ve merdiven çıkma hareketlerinde oluşan kas ve temas kuvvetleri dikkate alınmış ve hem tam kalça artoplastisi (THA) uygulanmış eklemi temsil eden protezli modellere hem de sağlam kalça eklemini temsil eden protezsiz modellere uygulanmıştır. Analizler sonucunda, kemiğin katmanları olan kortikal ve trabeküler kemiklerde, protezde ve protezi kemiğe bağlamada kullanılan çimentoda oluşan gerilmeler ve şekil değiştirmeler sonlu elemanlar yöntemi ile belirlenerek karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir. Sonlu elemanlar analizleri sonucu elde edilen gerilme değerleri 23 faktöriyel tasarımına göre düzenlenmiş ve varyans analizleri yapılarak ANOVA tabloları oluşturulmuştur. Varyans analiziyle, THA uygulamasından sonra protezde, kemik çimentosunda, kortikal kemikte ve trabeküler kemikte oluşan maksimum von-Mises gerilmeleri üzerinde etkili olan ana faktörler ve ikili etkiler belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, a three dimensionally modeled human hip joint with and without prosthesis was investigated by using finite element method. During this study, finite element models were prepared for three different prosthesis types, two different loading types as point and distributed load, and two different activities as walking and stair climbing motions. The muscle and the hip contact forces, those exist during walking and stair climbing, were considered as loading for finite element analysis of these 3-D models. This muscle and hip contact forces were applied to models of which represent healthy hip joint without prosthesis and THA (Total Hip Arthroplasty) applied hip joint with prosthesis. The stresses and strains which were occurred on cortical and trabecular layers of bone, prosthesis and bone cement which was used to assemble prosthesis into bone?s intramedullary canal, were determined at the end of the finite element analysis and compared. 23 factorial design method was chosen to design the stress values of finite element analysis and then statistical analysis was carried out by using analysis of variance (ANOVA) method. By analysis of variance method, the effects of main factors and interactions between the main factors on maximum von-Mises stresses of prosthesis, bone-cement, cortical and trabecular bones were determined for post-THA period.