آزمون خمش چیست؟

آزمون خمش به بررسی مقاومت یک قطعه دربرابر نیروی وارده بر آن میپردازد و به دو نوع خمش سه نقطه‌ای (Three-Point Bending) و چهار نقطه‌ای (Four-Point Bending) دسته بندی میشود. معمولاً در این آزمون نتایج بر اساس مقدار تغییر شکل (deformation) و مقدار تنش (stress) اندازه‌گیری می‌شوند. این تست‌ها به ویژه برای ایمپلنت‌های دندانی، پلیت‌ها و پیچ‌های ارتوپدی و سایر قطعات پزشکی که به‌طور مستقیم با بدن در ارتباط هستند، اهمیت زیادی دارند.

 

انواع آزمون خمش

همانطور که قبل تر گفته شد، دو نوع اصلی تست خمش عبارتند از آزمون خمش سه نقطه‌ای و چهار نقطه‌ای، که هرکدام بسته به ویژگی‌های مواد مورد بررسی متفاوت هستند.در ادامه به توضیح انواع آزمون‌های خمش میپردازیم:

 

آزمون خمش سه نقطه‌ای
در آزمون خمش سه نقطه ای، نمونه مورد نظر بر روی دو تکیه‌گاه قرار می‌گیرد و یک نیروی خمشی در وسط نمونه وارد می‌شود. در این تست، فشار اصلی در نقطه میانی نمونه است و بیشترین تغییر شکل یا شکست در همین ناحیه مشاهده می‌شود. برای مثال، این روش برای آزمون‌های خمش پلیت‌ها و پیچ‌های ارتوپدی که در جراحی استفاده می‌شوند، مناسب است. این نوع آزمون همچنین در ایمپلنت‌های دندانی برای بررسی استحکام در برابر نیروهای جویدن استفاده می‌شود.

آزمون خمش چهار نقطه‌ای
در آزمون خمش چهار نقطه‌ای، دو تکیه‌گاه در دو طرف نمونه قرار دارند و نیروی خمشی از طریق دو نقطه بر روی قطعه وارد می‌شود. در این نوع آزمون، نیروی خمشی به‌طور یکنواخت‌تر روی نمونه توزیع می‌شود. تست خمش چهار نقطه‌ای برای قطعاتی که باید در شرایط خمشی یکنواخت‌تری قرار بگیرند، مناسب است و معمولاً برای قطعات بلندتر و حساس‌تر استفاده می‌شود.

 

برای انجام انوع آزمون خمش با ما تماس بگیرید

 

آزمون‌های اختصاصی خمش

در کنار آزمون های عمومی خمش سه‌نقطه‌ای و چهار‌نقطه‌ای، برای ایمپلنت‌ها و تجهیزات ارتوپدی یک خانواده کامل از آزمون‌های اختصاصی خمش تعریف شده است که هر کدام دقیقاً برای یک نوع وسیله (پلاک، راد، نیل، فیکساتور خارجی، ایمپلنت ستون فقرات، ایمپلنت دندانی و …) طراحی شده‌اند. در ادامه به بررسی انوع این آزمون های اختصاصی میپردازیم:

 

آزمون خمش پلاک‌های استخوانی فلزی (ASTM F382)
آزمون خمش پلاک طبق استاندارد (ASTM F382 (Metallic Bone Plates صورت میگیرد و روش مرجع برای تست خمش پلاک‌های استخوانی است. این استاندارد هم تست خمش تک‌مرحله‌ای (Single-Cycle Bend) و هم تست خستگی خمشی چهار‌نقطه‌ای را برای پلاک‌ها تعریف می‌کند. در تست تک‌مرحله‌ای، پلاک روی فیکسچر خمش قرار می‌گیرد و تا رسیدن به یک تغییر شکل مشخص یا تا نزدیک شکست، تحت بار خمشی قرار داده می‌شود تا سختی خمشی، استحکام خمشی و سفتی سازه‌ای تعیین شوند.
در حالت خستگی، همین پلاک با آرایش چهار‌نقطه‌ای و با یک موج سیکلی (معمولاً سینوسی) در هزاران تا میلیون‌ها سیکل بارگذاری می‌شود تا عمر خستگی یا استحکام خستگی آن در یک تعداد سیکل مشخص ارزیابی شود. این سناریو بارگذاری از نظر مکانیکی نزدیک به شرایط واقعی بارگذاری پلاک روی استخوان است و به طراح کمک می‌کند طراحی‌های مختلف پلاک را از نظر ریسک شکست در طولانی‌مدت با هم مقایسه کند.

 

آزمون خمش پلاک‌های زاویه‌دار ارتوپدی (ASTM F384)
این آزمون برای پلاک‌ها و دستگاه‌های زاویه‌دار (مثل پلاک‌های زاویه‌دار فمورال یا پروگزیمال)، طبق استاندارد ASTM F384 تعریف شده است. این استاندارد مجموعه‌ای از آزمون‌ها را برای دستگاه‌های زاویه‌دار تثبیت شکستگی ارائه می‌دهد که دو ستون اصلی آن عبارت‌اند از:
۱) آزمون خمش فشاری تک‌مرحله‌ای (Single Cycle Compression-Bend) برای به‌دست‌آوردن سختی خمشی و استحکام خمشی پلاک زاویه‌دار؛
۲) آزمون خستگی خمشی (Bending Fatigue) برای تعیین عمر خستگی و استحکام خستگی در برابر بارهای خمشی تکراری.
در بسیاری از شرایط، این تست‌ها با یک چیدمان چند‌نقطه‌ای انجام می‌شوند تا شرایط واقعی زاویه‌دار بودن پلاک و نحوه انتقال بار از استخوان به ایمپلنت شبیه‌سازی شود. به کمک این آزمون‌ها، می‌توان فهمید یک طراحی زاویه‌دار تا چه حد در برابر خم شدن، تغییر شکل پلاستیک و شکست پایدار است.

 

آزمون خمش راد و نیل‌های داخل استخوانی (ASTM F1264، ASTM F2193)
در آزمون خمش راد و برای نیل‌های داخل استخوانی (Intramedullary Nails / IMFD) استاندارد ASTM F1264 بسیار ضروری است. این استاندارد هم مشخصات طراحی نیل و هم روش‌های بررسی آن را پوشش می‌دهد؛ از انواع این روش ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• خمش چهار‌نقطه‌ای استاتیک برای تعیین سختی و استحکام خمشی بخش میانی نیل،
• و خمش خستگی چهار‌نقطه‌ای برای خود نیل و همچنین پیچ‌های لاک‌کننده آن.
در این آزمون‌ها، نیل مانند یک تیر خمشی درون فیکسچر قرار می‌گیرد و بار خمشی تا شکست یا تا رسیدن به تعداد سیکل تعیین‌شده اعمال می‌شود.نتایج خروجی‌ معمولاً شامل نمودار نیرو–تغییر مکان، سختی خمشی، استحکام خمشی و عمر خستگی هستند. این داده‌ها مشخص می‌کنند نیل در شرایطی مانند راه‌رفتن، دویدن و تحمل ضربه چه‌قدر پایدار است.

استاندارد ASTM F2193 نیز مجموعه تست‌هایی را برای کامپوننت‌های جداگانه سیستم‌های ستون فقرات (مثل رادها، پیچ‌ها و پلاک‌ها)تعریف می‌کند که برای آزمون راد صورت میگیرند. این استاندارد اجازه می‌دهد روی رادهای مورد استفاده در ستون فقرات تست خمش استاتیک و خستگی (معمولاً به صورت چهار‌نقطه‌ای یا کنسولی) انجام شود.

 

برای انجام انوع آزمون خمش با ما تماس بگیرید

 

آزمون خمش شانز (ASTM F1541)
آزمون خمش شانز که طبق استاندارد ASTM F1541 صورت میگیرد، به ارزیابی مقاومت ایمپلنت‌های ستون فقرات میپردازد و برای وقتی است که به جای ایمپلنت داخلی از فیکساتور خارجی (External Skeletal Fixation Devices) استفاده می‌شود. این استاندارد نه فقط خود فریم، بلکه اجزای مختلف مثل پین‌ها، کانکتورها و رینگ‌ها را از نظر مکانیکی تست می‌کند.
در آزمون خمش شانتز، پین داخل یک فیکسچر مخصوص خمش بسته می‌شود، سپس به‌صورت استاتیک (یک‌باره) یا سیکلی (تکرارشونده) تحت بار خمشی قرار می‌گیرد و رابطه بین نیروی واردشده و جابجایی آن تحلیل می‌شود. در مرحله بعد، در مقیاس مونتاژ کامل، خود فریم روی یک مدل استخوانی نصب می‌شود و تحت ترکیبی از نیروهای خمشی، برشی و پیچشی قرار می‌گیرد تا سفتی و استحکام کلی سازه فیکساتور ارزیابی شود.

 

آزمون خمش اسپاین (ASTM F1717، ASTM F2193)
آزمون خمش اسپاین طبق استاندارد ASTM F1717 صورت میگیرد و برای ایمپلنت‌ها و سازه‌های ستون فقرات (سیستم راد–پیچ، کیج‌ها و …) است. این استاندارد تعیین میکند که سازه ایمپلنتی روی کدام مهره مصنوعی نصب و جایگزین شود. سپس مجموعه تحت آزمون‌های مختلف از جمله:
• خمش فشاری و کششی استاتیک (Static Compressive / Tensile Bending)،
• خمش فشاری خستگی (Dynamic Compressive Bending Fatigue)،
• و تست‌های پیچشی
قرار می‌گیرد تا عملکرد مکانیکی سیستم ستون فقرات در بدترین سناریوهای ممکن ارزیابی شود.

 

آزمون خستگی ایمپلنت‌های دندانی (ISO 14801)
در آزمون خستگی ایمپلنت دندانی، استاندارد ISO 14801 مشخص می‌کند که ایمپلنت‌ها را چطور آزمایش کنیم. در این روش، ایمپلنت داخل یک ماده شبیه استخوان فک (مثلاً رزین یا بلوک شبیه‌ساز استخوان) قرار داده می‌شود، با یک زاویه مشخص و به شکل مکرر خم می‌شود تا سخت‌ترین حالت جویدن را شبیه‌سازی کند.
در این تست معمولاً میلیون‌ها سیکل فشار به ایمپلنت اعمال می‌شود تا مشخص شود ایمپلنت تا چه مقدار خستگی را تحمل می‌کند و عمر خستگی آن چقدر است. نکته مهم این است که ISO 14801 الزاماً قرار نیست شرایط واقعی داخل دهان را پیش‌بینی کند، اما به‌عنوان استاندارد مرجع طراحی مکانیکی، مقوبلیت قابل توجهی بین تولیدکنندگان دارد.

برای انجام انوع آزمون خمش با ما تماس بگیرید

 

سوالات متداول

 

– آزمون خمش چیست و چه کاربردی دارد؟
آزمون خمش روشی استاندارد در مهندسی و علوم مواد است که در آن یک نمونه (مانند میله، پلاک، قطعه فلزی، پلیمری یا ایمپلنت) روی تکیه‌گاه‌ها قرار گرفته و نیرویی از بالا به آن وارد می‌شود تا دچار خم‌شدگی شود. با اندازه‌گیری میزان تغییرشکل، سفتی (مدول خمشی)، و سطح باری که در آن قطعه دچار شکست می‌شود، می‌توان مقاومت آن در برابر خم‌شدن و شکست را ارزیابی کرد.

 

– تفاوت آزمون خمش سه‌نقطه‌ای و چهار‌نقطه‌ای چیست؟
در خمش سه‌نقطه‌ای، نمونه روی دو تکیه‌گاه قرار می‌گیرد و نیرو فقط در یک نقطه (وسط دهانه) وارد می‌شود؛ تنش خمشی در مرکز نمونه بیشینه است و برای ارزیابی سریع استحکام خمشی مواد ساده بسیار رایج است. در خمش چهار‌نقطه‌ای دو تکیه‌گاه پایین و دو نقطه اعمال نیرو وجود دارد؛ در این حالت یک ناحیه میانی با تنش کششی تقریباً یکنواخت ایجاد می‌شود که برای ارزیابی دقیق‌تر رفتار خمشی، به‌ویژه در قطعات مهندسی و استانداردهای پزشکی، مناسب است.

 

– آزمون خمش برای چه موادی و چه کاربردهایی به‌کار می‌رود؟
آزمون خمش برای طیف وسیعی از مواد از جمله فلزات، پلیمرها، کامپوزیت‌ها، سرامیک‌ها، بتن و میلگرد استفاده می‌شود و در حوزه‌هایی مثل سازه، خودروسازی، هوافضا و کنترل کیفیت مصالح بسیار رایج است. در حوزه پزشکی، همین منطق به ایمپلنت‌های دندانی، پلیت‌ها، رادها، نیل‌ها و دستگاه‌های فیکساتور ستون فقرات تعمیم داده شده و آزمون‌های خمش اختصاصی برای آن‌ها تدوین شده است.

 

– استاندارد ISO 14801 چیست و در آزمون خستگی ایمپلنت دندانی چه نقشی دارد؟
ISO 14801 روش آزمون خستگی دینامیک ایمپلنت‌های داخل‌استخوانی را مشخص می‌کند. در این روش ایمپلنت در بلوک شبیه‌ساز استخوان فک کاشته می‌شود، با زاویه مشخص نسبت به محور بارگذاری قرار می‌گیرد تا شرایط سخت جویدن در طول سال‌ها به‌صورت تسریع‌شده شبیه‌سازی شود.

 

– در آزمون ISO 14801 چند سیکل و چه نوع بارگذاری اعمال می‌شود؟

طبق ISO 14801، ایمپلنت تحت بارگذاری سیکلی با موج سینوسی قرار می‌گیرد و این بار به مدت صدها هزار تا چند میلیون سیکل اعمال می‌شود تا بار قابل‌تحمل در خستگی و عمر خستگی ایمپلنت تعیین شود. نحوه بارگذاری، زاویه، فرکانس و تعداد سیکل‌ها طوری انتخاب می‌شوند که یک سناریوی بدبینانه از جویدن طولانی‌مدت را شبیه‌سازی کنند.

 

چه استانداردهای دیگری برای آزمون خمش ایمپلنت‌ها و فیکساتورهای ستون فقرات وجود دارد؟
در کنار استاندارد ISO 14801 برای ایمپلنت‌های دندانی، چند استاندارد کلیدی ASTM نیز برای ایمپلنت‌ها و فیکساتورهای ستون فقرات و ارتوپدی تعریف شده‌اند؛ از جمله ASTM F1717 برای آزمون خمش استاتیک و خستگی فیکساتور ستون فقرات، ASTM F2193 برای قطعات منفرد مانند راد و پیچ، ASTM F384 برای پلاک‌های زاویه‌دار و ASTM F1264 برای نیل‌های داخل مدولاری.

 

آزمون خمش نیکوفارمد

اگر شما هم به دنبال اطلاعات دقیق‌تر و تخصصی‌تر در زمینه آزمون‌های خمش و استانداردهای پزشکی هستید، یا به کمک نیاز دارید تا تست‌های خمش را برای قطعات ارتوپدی یا ایمپلنت‌های پزشکی خود انجام دهید، تیم متخصص ما در نیکوفارمد آماده است تا به شما کمک کند. برای مشاوره و انجام تست‌های دقیق بر اساس آخرین استانداردها، همین حالا با ما تماس بگیرید و از خدمات حرفه‌ای ما بهره‌مند شوید. ما در نیکوفارمد به شما کمک می‌کنیم تا کیفیت و ایمنی محصولات خود را تضمین کنید و از موفقیت در بازار اطمینان حاصل کنید.