بررسی تئوری و عددی اثرات محیطی بر رفتار مکانیکی پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر

پلیمرهای زیست تخریب پذیر در زمینه های زیست پزشکی مانند استنت ها، بخیه ها، داربست (استخوانی) و ایمپلنت ها به طور گسترده استفاده می شوند. با توجه به اهمیت رفتار این مواد در معرض اثرات محیطی، چه در طبیعت و چه در بدن انسان، در دهه اخیر تحقیقات گسترده ای صورت گرفته است که اکثر آنها نتایج آزمایشگاهی و تعداد بسیار کمی نتایج تئوری هستند. این تحقیقات عمدتاً برای شرایط خاص بارگذاری، دمایی و غیره صورت گرفته اند. به این منظور به کمک روش المان محدود و حل عددی، علاوه بر صحه گذاری روابط تئوری و روابط مستخرج از نتایج آزمایشگاهی، می توان تاثیر شرایط پیچیده تر را نیز در نظر گرفت. در این مقاله، نحوه استخراج روابط تحلیلی ارائه شده است و همچنین با نشان دادن نتایج آزمایشگاهی پلیمرهای زیست تخریب پذیر، نقاط قوت و ضعف آنها نیز بررسی شده است. علاوه بر این، یک حل عددی و المان محدود نیز برای تحلیل رفتار پلیمرهای زیست تخریب پذیر ارائه شده است. تحلیل تئوری و شبیه سازی عددی پلیمرهای زیست تخریب پذیر به کمک مدل هایپرالاستیک نئو هوکین صورت گرفته است. ابتدا با استفاده از رابطه انرژی کرنشی ماده نئو هوکین، رابطه تنش برحسب کشیدگی محاسبه شده و سپس با فرض یک پارامتر تخریب، تغییرات خواص ماده در معرض اثرات محیطی برحسب زمان در سابروتین umat آباکوس به مدل اعمال شده است. در نهایت با مقایسه نتایج آزمایشگاهی و تحلیل تئوری با حل عددی، صحت مدل سازی صورت گرفته، مشخص شده است

Theoretical and Numerical Investigation of Environmental Effects on Mechanical Behavior of Biodegradable Polymers

Biodegradable polymers have widespread usages in the biomedical field, such as stents, sutures, scaffolds, and implants. Due to the importance of behavior of these materials exposed to environmental effects, whether in nature or the human body, extensive researches have been carried out in the last decade that most of them are experimental results and very few are theoretical results. These researches have mainly been performed for specific loading and temperature conditions and so on. For this purpose, in addition to validating the theoretical and empirical relationships derived through the experimental results, the effects of more complex conditions can be considered using the finite element method and numerical solution. In this paper, an analytical relationship extraction method has been presented, as well as the abilities and weaknesses of biodegradable polymers have been investigated by presenting the experimental results of biodegradable polymers. A numerical and finite element analysis is also provided to analyze the behavior of biodegradable polymers. The theoretical analysis and numerical simulation of biodegradable polymers have been carried out using the neoHookean hyperelastic model. First, the relationship of stress, versus the stretch has been derived using the strain energy of neoHookean material. Next, by assuming a degradation parameter, changes in the properties of the material exposed to environmental effects, according to the time in Abaqus Umat subroutine have been applied to the model. Finally, the accuracy of the simulation has been studied by a comparison between the experimental results and theoretical analyses with numerical solutions.