بررسی تحلیلی و تجربی تاثیر سرعت دورانی و نرخ پیشروی بر افزایش دما در سوراخکاری استخوان کورتیکال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید رجایی

2 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

3 مدیر آموزش های آزاد و توسعه دوره های کوتاه مدت سازمان مرکزی دانشگاه آزاد اسلامی/ عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی - واحد تهران شمال

چکیده

سوراخکاری استخوان، یکی از بخش‌های ضروری در جراحی ارتوپدی می‌باشد. اگر دمای این فرایند بیشتر از 47°C شود، نکروز حرارتی اتفاق می‌افتد. در صورت وقوع نکروز حرارتی، تثبیت استخوان به خوبی انجام نمی‌‎‎گیرد. به همین دلیل تحقیقات فراوانی برای کاهش نکروز حرارتی صورت گرفته است. در این مطالعه، با استفاده از یک مدل تحلیلی، افزایش دمای استخوان در حین سوراخکاری و در نرخ پیشروی و سرعت‌های دورانی مختلف بررسی شد. برای تایید نتایج تحلیلی، افزایش دماهای به دست آمده در مقایسه‌ی با فرآیند سوراخکاری استخوان فمور گاو، ارزیابی شد. با مقایسه‌ی نتایج، مشخص شد که بین نتایج تحلیلی و تجربی تفاوت وجود دارد، که مربوط می‌شود به تخمین نادرست سهم حرارت تولید شده که به استخوان وارد می‌شود. بنابراین مقادیر صحیح این سهم حرارتی، پس از مقایسه‌ی نتایج تحلیلی و عملی به دست آمد. در نهایت، این نتیجه حاصل شد که سهم حرارت به نرخ پیشروی و سرعت دورانی وابسته است و همچنین یک رابطه‌ی جدید برای آن ارائه شد. نتایج تجربی در بازه‌های بررسی شده نشان دادند که با افزایش نرخ پیشروی، دما کاهش می‌یابد و با افزایش سرعت دورانی، دما به صورت نوسانی تغییر می‌کند

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analytical and experimental investigation of influence of rotational speed and feed on temperature elevation in cortical bone drilling

نویسندگان [English]

  • Masoud Mohamadi 1
  • Mohammad Morad Sheikhi 2
  • Mohammad Meghdad Fallah 2
  • Ehsan Shakouri 3
1 Shahid Rajaee University
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaie Teacher Training University
3 Islamic Azad University-North Tehran Branch
چکیده [English]

Bone drilling process is one of the essential steps in orthopedic surgeries. If temperature of this process is more than 47 ° C, thermal necrosis occurs. In the event of the thermal necrosis, bone consolidation is not well done. For this reason, a lot of research has been done to reduce the thermal necrosis. In this study, by using an analytical model, bone temperature elevation during drilling was investigated at different feed rates and rotational speeds. To validate the analytical results, the bone temperature elevations were evaluated by comparison with bone drilling process using bovine femurs. With comparison the results, it was found that there are differences between analytical and experimental results that are related to incorrect estimation of the fraction of total heat generated that flows into the bone. Therefore, the correct values of this fraction were obtained after comparing analytical and experimental results. Finally, it was concluded that the fraction is dependent on the feed rate and rotational speed, and also a new equation was presented for it. Experimental results show that within the range of the investigated variables, increase in feed rate causes decrease in bone temperature and with the increase in rotational speed, the bone temperature changes are swinging.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bone drilling
  • thermal necrosis
  • Drilling parameters
  • Analytical model