Regisztráció és bejelentkezés

Emberi inak, ínszalagok numerikus modellezése

Az emberi ízületek megfelelő működésében mind az inak, mind az ínszalagok különösen fontos szerepet játszanak. Az előbbiek legfőbb feladata az izmok által generált erők továbbítása a csontok felé, míg az utóbbiak az ízületek stabilitásáért felelnek. Abban az esetben, ha ezek a szalagok különböző sérüléseket szenvednek, nem csak a sporttevékenységek, hanem a mindennapi élet is sokkal nehezebbé, fájdalmasabbá válhat. Sajnos ez a jelenség viszonylag gyakori a mai világban, ezért mind orvosi, mind a biomechanikai vizsgálatuk nélkülözhetetlen a sikeres helyreállításukhoz.

Dolgozatomban első lépésként áttekintem az inak és ínszalagok funkcióját, szerkezeti felépítését, majd a mechanikai tulajdonságaikat, melyeket az átlagos mérnöki szerkezeti anyagokéhoz képest jóval összetettebb viselkedés jellemez. Ezek a lágyszövetek egyszerre mutatnak anizotrop, inhomogén, nemlineárisan rugalmas/viszkoelasztikus viselkedést. Jelen munkában a térdízületet vizsgálom, mely az emberi test legnagyobb és legbonyolultabb ízülete. Mindennapi életünk során igen nagy terheknek van kitéve, így ez az egyik leggyakrabban sérülő ízületünk. A fizikailag aktív populációban évente nagyjából minden 1000 emberből kettő szenved valamilyen térdsérülést.

Az ízület komplexitásából fakadóan még jelenleg is sok a nyitott kérdés, feltáratlan terület. A pontos mechanikai viselkedés modellezéséhez nem elegendő a leggyakrabban használt lineárisan rugalmas anyagmodell használata, ennél egy komplexebb modell szükséges. Az inak, ínszalagok szálas felépítésűek, továbbá terheletlen állapotban ezek a szálak ernyedtek, irányuk nem egységes, teljesen szabálytalan. A terhelés növelésével viszont fokozatosan, egymás után kiegyenesednek, és részt vesznek a teherviselésben. Erre a bonyolult folyamatra nincs pontos matematikai leírás, többnyire csak egyszerűsített, kísérleti eredményeken alapuló tapasztalati egyenletek léteznek. A gyakorlatban legtöbbször hiperelasztikus anyagmodelleket alkalmaznak, melyek előállításához, paraméterezéséhez általában különféle laboratóriumi kísérleti eredményeket használnak. Lehetőségem nyílt részt venni a BME Biomechanikai Laboratóriumában egy inakkal foglalkozó kísérletsorozatban, ahol a mechanikai viselkedést egy univerzális szakítógép segítségével vizsgálták. Ezen eredményeket felhasználva állítom elő az ebben a munkában alkalmazott hiperelasztikus anyagmodelleket.

Ennek felhasználásával elkészítettem az egyik ín paraméteres végeselemes modelljét, és a különféle anyagmodell-variánsok figyelembevételével elvégeztem a szükséges numerikus szimulációkat, végül a kapott eredményeket összehasonlítottam a kísérleti eredményekkel.

szerző

  • Szakály Ferenc
    szerkezet-építőmérnök
    nappali

konzulens

  • Dr. Bojtár Imre
    Egyetemi tanár, Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék

helyezés

I. helyezett