Biomechanical evaluation of long bone bending tests in order to determine the role of special feed in the bone tissue mechanical properties

Δελαπάσχος, Αλέξανδρος-Στέργιος; Delapaschos, Alexandros Stergios

dc.contributor.author	Δελαπάσχος, Αλέξανδρος-Στέργιος	el
dc.contributor.author	Delapaschos, Alexandros Stergios	en
dc.date.accessioned	2022-10-10T07:23:05Z
dc.date.available	2022-10-10T07:23:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55875
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23573
dc.rights	Default License
dc.subject	Εμβιομηχανική	el
dc.subject	Διατομή	el
dc.subject	Μακρά οστά	el
dc.subject	Αντοχή οστού	el
dc.subject	Ακριβής τάση αστοχίας	el
dc.subject	Biomechanics	en
dc.subject	Cross section	en
dc.subject	Long bones	en
dc.subject	Bone strength	en
dc.subject	Exact failure stress	en
dc.title	Biomechanical evaluation of long bone bending tests in order to determine the role of special feed in the bone tissue mechanical properties	en
dc.title	Εμβιομηχανική αξιολόγηση πειραμάτων κάμψης μακρών οστών με σκοπό τον προσδιορισμό του ρόλου ειδικών τροφών στις μηχανικές ιδιότητες του οστίτη ιστού	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εμβιομηχανική	el
heal.classification	Biomechanics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-06-21
heal.abstract	Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της γεωμετρίας της εγκάρσιας διατομής θραύσεως και των μηχανικών ιδιοτήτων του μηριαίου οστού επιμύων, για τον προσδιορισμό της ακριβούς τάσης αστοχίας, καθώς και η σύγκριση της ποσοτικής επίδρασης δύο ειδικών τροφών (σησαμέλαιο και ταχίνι ) στην αντοχή του οστίτη ιστού. Το μηριαίο οστό είναι το μεγαλύτερο και ανθεκτικότερο οστό του ανθρώπινου σκελετού. Έχει τυπική δομή μακρού οστού, δηλαδή ένα κυρίως σώμα ( διάφυση ) και δύο άκρα ( επιφύσεις ). Η φέρουσα ικανότητα του μηριαίου οστού μπορεί να φτάσει μέχρι και τους 2 τόνους ανά τετραγωνική ίντσα. Όπως όλα τα οστά, είναι ανισότροπο και έχει σύνθετη δομή, η οποία διακρίνεται στο φλοιώδες οστό και στο σπογγώδες οστό. Η θεωρητική τεκμηρίωση της παρούσας μελέτης βασίστηκε στη θεωρία δοκών Euler – Bernoulli, στη θεωρία καθαρής κάμψης καθώς και στην τεχνική θεωρία στρέψης λεπτότοιχων κυλινδρικών δοκιμίων. Για την πειραματική διαδικασία, 40 μηριαία οστά θηλυκών επιμύων υποβλήθηκαν σε πείραμα κάμψης τριών σημείων, στο πλαίσιο φόρτισης MTS Insight. Στη συνέχεια, το ένα από τα δύο θραύσματα του οστού τοποθετήθηκε σε δοχείο, το οποίο πληρώθηκε με ρητίνη. Αφού στερεοποιήθηκε η ρητίνη, το δοκίμιο οστού-ρητίνης λειάνθηκε για να διακρίνεται η ολοκληρωμένη μορφή της διατομής του οστού. Έπειτα, όλα τα δοκίμια οστού-ρητίνης φωτογραφήθηκαν από στερεοσκόπιο. Μεταγενέστερα, ακολούθησε η επεξεργασία των εικόνων που είχαν ληφθεί από το στερεοσκόπιο με το λογισμικό AutoCad και η ανάλυση των δεδομένων με το πρόγραμμα Microsoft Excel. Με αυτόν τον τρόπο, προσδιορίστηκαν τα εξής μεγέθη: το γεωμετρικό κέντρο της επιφάνειας διατομής του οστού, ο άξονας φόρτισης, η εκκεντρότητα του άξονα φόρτισης ως προς το γεωμετρικό κέντρο, το εμβαδόν της διατομής, το μέσο πάχος της διατομής, το μέσο εμβαδόν της διατομής, οι επιφανειακές ροπές δευτέρας τάξης ως προς το κεντροβαρικό σύστημα αναφοράς, η γωνία στροφής του συστήματος για την εύρεση του κυρίου συστήματος αναφοράς, το κύριο σύστημα αναφοράς, οι επιφανειακές ροπές δευτέρας τάξης ως προς το κύριο σύστημα αναφοράς, η εξίσωση ουδέτερης γραμμής, το κρίσιμο σημείο αστοχίας, η στρέψη και οι ροπές κάμψης. Όλα τα παραπάνω μεγέθη οδήγησαν στον προσδιορισμό της ακριβούς τάσης αστοχίας του οστού και πραγματοποιήθηκε η σύγκριση του ρόλου ειδικών τροφών, μέσω της μεθοδολογίας ακριβούς προσέγγισης της διατομής. Η παρούσα διπλωματική εργασία κατέδειξε ότι η ποσοτική επίδραση του σησαμέλαιου στην αντοχή του οστίτη ιστού των επιμύων είναι, σημαντικά, μεγαλύτερη από την ποσοτική επίδραση του ταχινιού.	el
heal.abstract	The purpose of the present thesis is to study the geometrical characteristics and the mechanical properties of rats’ femur bone in order to determine the exact failure stress, as well as to compare the quantitive effect of two special foods (sesame oil and tahini) on bone strength. The femoral bone is the largest and the most durable bone in the human skeleton. It has a typical long bone structure, i.e. a main body (diaphysis) and two expanded ends (epiphyses). The bearing capacity of the femur can reach up to 2ton/〖inch〗^2. Like all bones, it is anisotropic and has a complex structure, which is divided into cortical bone and cancellous bone. The theoretical documentation of the present study was based on the theory of Euler-Bernoulli beams, the theory of pure bending, as well as the technical theory of torsion of thin-walled cylindrical specimens. For the experimental procedure, 40 femoral bones of female rats underwent a three-point bending test under MTS Insight load frame. One of the two bone fragments was then placed in a beaker, which was filled with resin. After the resin solidified, the bone-resin specimen was sanded to distinguish the whole shape of the bone cross-section. Subsequently, all bone-resin specimens were photographed with a stereoscope. This was followed by processing the images taken from the stereoscope with AutoCad software and analyzing the data with Microsoft Excel. In this way, the following quantities were determined: the geometrical center of the bone cross-sectional area, the loading axis, the eccentricity of the loading axis with respect to the geometrical center, the cross-sectional area, the mean cross-sectional thickness, the mean cross-sectional area, the second order surface moments with respect to the centripetal system, the turning angle of the system in order to find the principal system, the second order surface moments with respect to the principal system, the neutral line equation, the failure point, torque and bending moments. All the above quantities led to the determination of the exact failure stress and the comparison of the role of special foods was made, through the methodology of accurate approximation of the cross-section. The present study evinced that the quantitive effect of sesame oil on the bone strength of rats is, significantly, greater than the quantitive effect of tahini.	en
heal.advisorName	Κουρκουλής, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος	el
heal.committeeMemberName	Βαδαλούκα, Βασιλική	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	108 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false