Research Article

Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi

Volume: 11 Number: 3 September 1, 2021
EN TR

Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi

Abstract

Biyomekanik alanındaki bilgisayar simülasyonlarında bağ dokularının modellenmesi simülasyonun anatomiye uygun olarak başarılması için önemlidir. Bağ dokuları, bu tip çalışmalarda çoğunlukla hiperelastik malzeme olarak tanımlanırlar. Ancak hiperelastik malzeme olarak tanımlanması için çekme, basma, sürünme vb. gibi testlerden elde edilmiş verilerle oluşturulan bir matematiksel malzeme modeline ihtiyaç vardır. Malzeme modeli olarak kullanılabilecek birçok fenomenolojik model bulunmaktadır. Bu çalışmada, bağ dokusunun simülasyonu, Neo-Hookean, Ogden 2. Derece ve Yeoh 2. Derece hiperelastik malzeme modellerine göre oluşturulmuştur. Modellerin kullanacağı gerilme-birim şekil değiştirme eğrisi verileri için koyun ön çapraz bağının in-vitro olarak tek eksenli çekme deneyi yapılmıştır. Deneyden elde edilen verilere göre malzeme modelleri için gerekli olan malzeme sabitleri hesaplanmıştır. Yapılan analizler sonucunda bağ dokusunda, Ogden 2. Derece ve Yeoh 2. Derece modellerinin birbirine yakın, Neo-Hookean modelinin ise farklı gerilme değerlerine sahip sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Üç modelden ve in-vitro testten elde edilen gerilme-birim şekil değiştirme eğrilerinin uyumu Kök Ortalama Kare Hatası(RMSE) değerlerine göre değerlendirilmiştir. Neo-Hookean, Ogden 2. Derece ve Yeoh 2. Derece hiperelastik malzeme modellerinin RMSE değerleri sırasıyla 4.9597, 1.9704 ve 2.3644 olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak, malzeme sabiti sayısı fazla olan Ogden 2. Derece hiperelastik malzeme modeli hem normal ve vonmises gerilme değerlerine hem de RMSE değerlerine göre in-vitro test sonuçlarına daha yakın sonuçlar üretmiştir. Bağ dokusunu simülasyonları için analiz edilen üç model arasında bu malzeme modelinin kullanımının daha uygun olduğu belirlenmiştir.

Keywords

References

  1. Bashkuev M, Reitmaier S, Schmidt H, 2020. Relationship between intervertebral disc and facet joint degeneration: A probabilistic finite element model study. Journal of Biomechanics, 102: 109518.
  2. Benítez, JM, Montáns FJ, 2017. The mechanical behavior of skin: Structures and models for the finite element analysis. Computers & Structures, 190, 75-107.
  3. Bermel E.A, Thakral S, Claeson AA, Ellingson AM, Barocas VH, 2020. Asymmetric in-plane shear behavior of isolated cadaveric lumbar facet capsular ligaments: Implications for subject specific biomechanical models, Journal of Biomechanics, 105: 109814.
  4. Bijalwan A, Patel BP, Marieswaran M, Kalyanasundaram D, 2018. Volumetric locking free 3D finite element for modelling of anisotropic visco-hyperelastic behaviour of anterior cruciate ligament. Journal of Biomechanics, 73: 1–8.
  5. Brandão S, Parente M, Mascarenhas T, da Silva ARG, Ramos I, Jorge RN, 2015. Biomechanical study on the bladder neck and urethral positions: Simulation of impairment of the pelvic ligaments. Journal of Biomechanics, 48(2): 217–223.
  6. Caragiuli M, Mandolini M, Landi D, Bruno G, De Stefani A, Gracco A, Toniolo I, 2021. A finite element analysis for evaluating mandibular advancement devices. Journal of Biomechanics, 119: 110298.
  7. Chen ZW, Joli P, Feng ZQ, Rahim M, Pirro N, Bellemare ME, 2015. Female patient-specific finite element modeling of pelvic organ prolapse (POP), Journal of Biomechanics, 48(2): 238-245.
  8. Cifuentes-De la Portilla C, Pasapula C, Larrainzar-Garijo R, Bayod J, 2020. Finite element analysis of secondary effect of midfoot fusions on the spring ligament in the management of adult acquired flatfoot. Clinical Biomechanics, 76: 105018.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Mechanical Engineering

Journal Section

Research Article

Publication Date

September 1, 2021

Submission Date

March 11, 2021

Acceptance Date

May 7, 2021

Published in Issue

Year 2021 Volume: 11 Number: 3

APA
Korkmaz, İ. H. (2021). Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi. Journal of the Institute of Science and Technology, 11(3), 2245-2254. https://doi.org/10.21597/jist.895137
AMA
1.Korkmaz İH. Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi. J. Inst. Sci. and Tech. 2021;11(3):2245-2254. doi:10.21597/jist.895137
Chicago
Korkmaz, İsmail Hakkı. 2021. “Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro Ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi Ile Değerlendirilmesi”. Journal of the Institute of Science and Technology 11 (3): 2245-54. https://doi.org/10.21597/jist.895137.
EndNote
Korkmaz İH (September 1, 2021) Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi. Journal of the Institute of Science and Technology 11 3 2245–2254.
IEEE
[1]İ. H. Korkmaz, “Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi”, J. Inst. Sci. and Tech., vol. 11, no. 3, pp. 2245–2254, Sept. 2021, doi: 10.21597/jist.895137.
ISNAD
Korkmaz, İsmail Hakkı. “Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro Ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi Ile Değerlendirilmesi”. Journal of the Institute of Science and Technology 11/3 (September 1, 2021): 2245-2254. https://doi.org/10.21597/jist.895137.
JAMA
1.Korkmaz İH. Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi. J. Inst. Sci. and Tech. 2021;11:2245–2254.
MLA
Korkmaz, İsmail Hakkı. “Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro Ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi Ile Değerlendirilmesi”. Journal of the Institute of Science and Technology, vol. 11, no. 3, Sept. 2021, pp. 2245-54, doi:10.21597/jist.895137.
Vancouver
1.İsmail Hakkı Korkmaz. Koyun Ön Çapraz Bağının Hiperelastik Malzeme Özelliklerinin In-Vitro ve 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Analizi ile Değerlendirilmesi. J. Inst. Sci. and Tech. 2021 Sep. 1;11(3):2245-54. doi:10.21597/jist.895137