مدلسازی و شبیه سازی المان محدود رفتار مکانیکی مفصل زانو در سیکل راه رفتن

رفتار مکانیکی غضروف مفصلی تحت تاثیر عوامل متنوعی قرار دارد. توزیع ناهمگن پروتئوگلیکان ها و فیبرهای کلاژن در جهت ضخامت غضروف مفصلی منجر به شکل گیری بافتی با خواص متغیر در جهت عمق می شود. این خواص مستقیما در مقادیر تنش و تغیر شکل ایجاد شده در غضروف تاثیر دارد. در تحقیقات گذشته از خواص متفاوت و هندسه پیچیده اجزای مفصلی صرف نظر گردیده، لذا هدف از این تحقیق ایجاد یک مدل نزدیک به آناتومی از غضروف مفصلی زانو جهت شبیه سازی رفتار آن تحت بار دینامیکی درفاز گام گذاری از سیکل حرکت بود. مدل المان محدود سه بعدی ایجاد شده شامل غضروف ران، غضروف درشت نی و مینیسک های میانی و جانبی بود و در آن برای بافت های غضروفی، مدل غیرخطی پروویسکوالاستیک همسانگرد و برای مینیسک ها رفتار الاستیک خطی همسانگرد صفحه ای تعریف شد. همچنین غضروف ها به صورت اشباع از سیال درنظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که مقدار تنش اصلی در لایه فوقانی دارای بیشترین مقدار بوده و در جهت عمق کاهش می یابد که این امر دلیل بروز آرتروز را در لایه های بیرونی توجیه می کند. همچنین نشان داده شد که تغیرات ضریب نفوذ هیدرولیکی در غضروف مفصلی به عنوان تابعی از کرنش در بارگذاری دینامیکی ناچیز است. نتایج این پژوهش با مطالعات آزمایشگاهی توافق خوبی نشان داد