Κάμψη τριών σημείων σε μηριαία οστά τρωκτικών

Abstract

Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η μελέτη και ο υπολογισμός των τάσεων που αναπτύσσονται σε μηριαίο οστό τρωκτικών υπό κάμψη τριών σημείων. Πιο συγκεκριμένα έγινε σύγκριση μεταξύ των τάσεων που αναπτύσσονται όταν λαμβάνεται υπ’ όψιν η πραγματική διατομή του οστού και αυτών που προσδιορίζονται όταν γίνεται η θεώρηση της κυκλικής διατομής. Η τιμή των τάσεων αποτελεί το βασικό μέγεθος για την εξαγωγή σημαντικών συμπερασμάτων όσον αφορά την αντοχή του οστού κάτω από ορισμένες συνθήκες πίεσης υπό συγκεκριμένο βάρος. Είναι ένας καλός δείκτης που φανερώνει το ρυθμό φόρτισης και το φορτίο στο οποίο αστοχούν πιο εύκολα τα οστά. Το μηριαίο οστούν είναι το μεγαλύτερο οστό του ανθρώπινου σκελετού και όπως όλα τα άλλα οστά είναι ανισότροπο. Ωστόσο μπορεί να θεωρηθεί ως εγκαρσίως ισότροπο δηλαδή ισχυρότερο κατά μήκος του ενός άξονα απ’ ότι διαγώνια αυτού και είναι περίπου το ίδιο ευσταθές όπως κι αν περιστρέφεται γύρω από τον άξονα. Το μηριαίο οστούν αποτελείται από 2 άκρα (επιφύσεις) και ένα σώμα (διάφυση). Είναι μια σύνθετη κατασκευή αποτελούμενη από ένα εξωτερικό στρώμα πυκνού φλοιώδους οστού και ένα εσωτερικό κυψελοειδούς πορώδους οστού. Το οστούν πρέπει να αντέχει στα εξωτερικά φορτία και η ικανότητά του αυτή εξαρτάται από την αντοχή του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο. Η κάμψη τριών σημείων που εφαρμόστηκε στο μηριαίο οστούν των τρωκτικών περιγράφεται από μια δύναμη που εφαρμόζεται στο μέσο του οστού και κάθετα στον διαμήκη άξονα του. Η κατανομή της τάσης στην περίπτωση αυτή είναι μια απλή ακτινική. Το πλαίσιο φόρτισης 858 Mini Bionix χρησιμοποιήθηκε για την εκτέλεση των πειραμάτων κάμψης τριών σημείων σε μηριαία οστά. Συνολικά δοκιμάστηκαν 74 μηριαία οστά αρουραίων κάτω από τις ίδιες συνθήκες. Τα θραυσμένα από την κάμψη οστά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια για τον ακριβή προσδιορισμό των γεωμετρικών χαρακτηριστικών τους (Κεφ.3). Η επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων πραγματοποιήθηκε με δύο κυρίως προγράμματα, το Solid Works και το Microsoft Excel (Κεφ.4).

The aim of the present study is to investigate and calculate the stresses developed in the femoral bone of rats under three-point bending tests. Particularly, the stresses developed based on the real cross section of the bones compared to those developed when a circular cross section is assumed. Based on the magnitude of the stresses conclusions can be drawn of the bone wearing under definite condition of particular pressure. As good index, shows how the bones missed and what strength it needs to happen this easily. As far as now the calculation of the stress value was difficult because of the strange shape of the bone. Researchers for convenience make the assumption that the shape of the bone is circle or ellipse. Femoral bone is the longest bone of the human skeleton. It is anisotropic but it can be assumed as transversely isotropic. In other words, bone is stronger along one axis than across that axis, and is approximately the same strength no matter how it is rotated around that axis. It consists of three members. Bone is a composite structure consisting of an outer layer of dense cortical bone and an inner honeycomb of cancellous bone. It must be strong enough to withstand external loading and this ability depends on the strength of the consisting material. To describe the three-point bending of femoral bone of rats a load is applied in the middle of the femur transversely to the end of bone. In this case, the distribution of the stress is radial (Chapter 2). Loading frame 858 Mini Bionix was used for the experimental study, i.e. three-point bending of femoral bones. 37 pairs of femoral bones of rats were tested under the same conditions. Afterwards the geometrical characteristics of the fragments were determined. Softwares Solid Works and Microsoft Excel were mainly used during the study.