مدل سازی ریاضی، تحلیل حساسیت سوبل و بهینه سازی رفتار دما در فرآیند سوراخ کاری اتوماتیک استخوان

سوراخ کاری استخوان از مهم ترین فرآیند های بیومکانیکی است که در اعمال جراحی ارتوپدی کاربرد دارد. مهم ترین عارضه ای که ممکن است در عمل جراحی براده برداری از استخوان ایجاد شود، بالا رفتن دما از محدوده مجاز و ایجاد نکروز حرارتی در بافت استخوان می باشد. علی رغم پژوهش های فراوان، چگونگی تاثیر پارامتر های سرعت دورانی و نرخ پیشروی مته بر رفتار دما ی فرآیند مورد اختلاف پژوهشگران این حوزه است. در تحقیق حاضر، یک مدل سازی ریاضی و طراحی آزمایش دقیق صورت گرفته و با بهره گیری از روش سطح پاسخ یک مدل ریاضی به منظور تحلیل و پیش بینی رفتار پاسخ ها از نتایج آزمایش ها استخراج شده است. اثر هر یک از فاکتور های ورودی و بر هم کنش آن ها بر روی پاسخ فرآیند بررسی شده، که در محدوده این تحقیق با افزایش سرعت دورانی دما افزایش می-یابد اما رفتار نرخ پیشروی به علت زمان تماس مته و استخوان پیچیده است در نتیجه افزایش دما در نرخ های پیشروی پایین و افزایش دما به علت افزایش نیرو و اصطکاک در نرخ های پیشروی بالا اتفاق می افتد و نیز با افزایش قطر مته دما ی فرآیند افزایش می یابد. همچنین میزان حساسیت اثر هر یک از پارامتر ها به روش آنالیز حساسیت سوبل مورد بررسی قرار گرفته و با در نظر گرفتن تغییرات همزمان همه پارامتر ها در رفتار دما به ترتیب سرعت دورانی، نرخ پیشروی و قطر مته بیشتر ین اثر را داشته است. بهینه-سازی رفتار دمای فرآیند نیز ارائه گردیده، که کمینه دما، ۳۷ درجه سانتی گراد، با بهره گیری از قطر مته ۲.۵ میلی متر، سرعت دورانی ۵۰۰ دور بر دقیقه و نرخ پیشروی ۳۰ میلی متر بر دقیقه، ایجاد می شود.

Keywords:

Drilling , Bone , Temperature , Response Surface Method , Optimization , سوراخ کاری , استخوان , دما , روش سطح پاسخ , بهینه سازی