شبیهسازی عددی فرآیند سوراخکاری استخوان جمجمه توسط جت آب
نویسندگان
1 دانشگاه اصفهان، دانشکدۀ فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیک.
2 دانشگاه اصفهان، دانشکدۀ فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیک.
3 دانشگاه اصفهان، دانشکدۀ فنی مهندسی، گروه مهندسی پزشکی.
doi
10.22067/jacsm.2022.73148.1070چکیده
در این مقاله، مسئلۀ سوراخکاری سطح استخوان جمجمۀ انسان بهشکل نیمکره بااستفاده از جت آب بهصورت عددی شبیهسازی سهبعدی شدهاست. شبیهسازی شامل هر دو بخش جریان و انتقال حرارت جت آب برخوردی و فرایند تراشهبرداری سطح میشود. برای مدلسازی جریان دو فازی جت، از روش حجم سیال و برای سوراخکاری سطح استخوان، از معادلات جانسون- کوک در روش اجزای محدود استفاده شدهاست. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که ضرایب فشار و اصطکاک روی سطح برخورد، بستگی به فاصلۀ نازل از سطح دارند و فشار با کمتر شدن فاصلۀ نازل از سطح در نقطۀ سکون افزایش مییابد. همچنین با افزایش فاصلۀ نازل از سطح، عدد ناسلت محلی در امتداد شعاع نیمکره و ماکزیمم ناسلت در نقطۀ سکون هر دو کاهش مییابند. اثر قطر نازل بر ضرایب فشار و اصطکاک نیز بررسی شد و دیده شد که فشار با افزایش قطر نازل در نقطۀ سکون افزایش خواهد یافت. تغییر سرعت جت نیز نشان داد که تغییر 20 درصدی این سرعت، اثر قابل توجهی بر ضرایب فشار و اصطکاک ندارد، ولی عدد ناسلت را افزایش میدهد. در مدلسازی فرایند سوراخکاری سطح استخوان، از خواص و ضرایب واقعی جنس استخوان ازجمله ضریب پوآسن و مدول یانگ استفاده شد. مقایسۀ توزیع تنش ایجادشده در محل با دو معیار ترسکا و فون مایزز نشان میدهد که براساس پارامترهای پیشنهادی، سوراخکاری بهطرز مطلوبی انجام میپذیرد.
