آزمون خمش راد چیست؟

آزمون خمش راد ستون فقرات (Spinal Rod Bending Test) به منظور ارزیابی ویژگی‌های مکانیکی میله‌های استفاده‌شده در سامانه‌های فیکساتور ستون فقرات انجام می شود. در این روش، راد تحت بارگذاری خمشی کنترل‌شده قرار می‌گیرد تا میزان مقاومت، انعطاف‌پذیری و پایداری آن در برابر نیروهای وارده در شرایط بالینی شبیه‌سازی شود.

آزمون خمش راد با استفاده از تجهیزات استاندارد انجام شده و شامل اعمال نیرو با سرعت و شرایط تعریف‌شده بر روی نمونه است تا پارامترهایی نظیر گشتاور خمش، زاویه انحراف و حد الاستیک ماده مشخص گردد. نتایج حاصل، معیار مناسبی برای اطمینان از کیفیت، ایمنی و انطباق رادهای ستون فقرات با الزامات عملکردی و الزامات قانونی مربوطه در کاربردهای جراحی فراهم می‌آورد.

جهت دریافت خدمات و مشاوره رایگان با نیکوفامد تماس بگیرید.

آزمون خمش راد چگونه انجام می شود؟

هدف اصلی آزمون خمش راد، شبیه‌سازی شرایطی است که راد در حین جراحی و پس از کاشت در بدن با آن مواجه می‌شود، از جمله خم شدن تحت بارهای مکرر یا یک‌باره.

اطمینان از اینکه رادها در شرایط واقعی بدن (حین حرکات ستون فقرات یا اعمال نیروهای فیزیولوژیک) دچار شکست زودرس نمی‌شوند، نیازمند این آزمون است. نتایج به جراحان و تولیدکنندگان کمک می‌کند که ایمنی، عملکرد و دوام محصول را تضمین نمایند.

آماده‌سازی نمونه‌ها

ابعاد و نوع راد: قطر، طول و جنس راد باید دقیقاً ثبت شود.

شرایط محیطی: آزمون معمولاً در دمای اتاق (۲۳ ± ۲ °C) انجام می‌شود مگر اینکه شرایط خاص (مانند شبیه‌سازی دمای بدن) مورد نیاز باشد.

تثبیت نمونه: نمونه باید بدون آسیب‌دیدگی و بدون تغییر شکل اولیه در دستگاه قرار گیرد.

تجهیزات آزمون

دستگاه تست یونیورسال (UTM) با قابلیت کنترل بار یا جابجایی.

تکیه‌گاه‌ها: دو تکیه‌گاه موازی با فاصله مشخص که راد روی آن‌ها قرار می‌گیرد.

ابزار اعمال بار: قطعه‌ای که در وسط (برای خمش سه‌نقطه‌ای) یا در دو نقطه (برای خمش چهار‌نقطه‌ای) نیرو وارد می‌کند.

سیستم اندازه‌گیری: لودسل برای ثبت نیرو و سنسور جابجایی یا اینکلینومتر برای ثبت زاویه خم‌شدگی.

روش اجرا

قرارگیری نمونه

راد روی دو تکیه‌گاه افقی نصب می‌شود. طول دهانه (Span length) طبق استاندارد انتخاب و ثابت می‌شود.

اعمال بار خمشی

بار به صورت یکنواخت و با نرخ جابجایی کنترل‌شده (مثلاً ۵ تا ۱۰ میلی‌متر بر دقیقه) در مرکز وارد می‌شود.

ثبت داده‌ها

در حین آزمون، نیرو (یا گشتاور) و جابجایی (یا زاویه خمش) به صورت لحظه‌ای ثبت می‌شوند.

ادامه بارگذاری تا شکست یا حد تعریف‌شده

بسته به هدف آزمون، بارگذاری می‌تواند تا نقطه شکست کامل، یا تا رسیدن به یک میزان تغییر شکل مشخص ادامه یابد.

پارامترهای مورد سنجش

 گشتاور خمشی در نقطه تسلیم (Yield Bending Moment)

بیشترین مقدار گشتاور (Torque یا Moment) است که راد می‌تواند در محدوده الاستیک تحمل کند قبل از آنکه تغییر شکل پلاستیک آغاز شود. نشان می‌دهد تا چه حد می‌توان راد را بدون ایجاد تغییر شکل دائمی خم کرد (مثلاً هنگام شکل‌دهی راد توسط جراح در حین عمل).

بیشترین مقدار گشتاور از نمودار گشتاور–زاویه یا نیرو–جابجایی نقطه‌ای که انحراف از خط خطی اولیه آغاز می‌شود، به‌عنوان نقطه تسلیم در نظر گرفته می‌شود.

حد الاستیک خمشی (Elastic Bending Limit)

حداکثر گشتاور یا زاویه خمش است که راد می‌تواند بدون ایجاد هرگونه تغییر شکل دائمی (پلاستیک) تحمل کند.

حد الاستیک بیشتر به‌صورت زاویه یا میزان خمش قابل برگشت بیان می‌شود، در حالی که Yield Bending Moment یک مقدار گشتاور در همان نقطه است. حد الاستیک خمشی تعیین‌کننده میزان انعطاف‌پذیری ایمن راد در کاربرد بالینی است.

 مدول خمش (Flexural Modulus)

مدول خمش شیب قسمت خطی اولیه نمودار گشتاور–زاویه یا نیرو–جابجایی است. این پارامتر معرف سختی خمشی ماده است و مشابه مدول یانگ (Young’s Modulus) در کشش عمل می‌کند اما در شرایط خمش.

هرچه مدول خمش بیشتر باشد، راد سخت‌تر و مقاوم‌تر در برابر خمش است ولی انعطاف‌پذیری کمتری دارد. انتخاب مقدار بهینه برای جلوگیری از سختی بیش‌ازحد (که می‌تواند تنش‌های اضافی به مهره‌ها وارد کند) حیاتی است.

زاویه انحراف در بار مشخص (Deflection Angle at Specific Load)

زاویه انحراف در بار مشخص (Deflection Angle at Specific Load) زاویه یا میزان خم‌شدگی راد در یک بارگذاری معین (مثلاً در بار 5 N·m) است. این شاخص امکان مقایسه عملکرد رادهای مختلف را تحت شرایط یکسان فراهم می‌کند و نشان می‌دهد در بارگذاری‌های معمول بدن، راد چه میزان تغییر شکل خواهد داشت.

رفتار پلاستیک و نقطه شکست (Plastic Behavior and Failure Point)

رفتار پلاستیک بخشی از نمودار که پس از تسلیم مشاهده می‌شود و تغییر شکل دائمی راد را نشان می‌دهد.

نقطه شکست بیشترین گشتاور یا بار واردشده‌ای است که منجر به گسیختگی (Crack یا Fracture) راد می‌شود.

رفتار پلاستیک و نقطه شکست جهت تعیین حداکثر بار قابل‌تحمل قبل از گسیختگی و بررسی ایمنی محصول در برابر بارهای شدید غیرمعمول (مثلاً ضربه یا حرکات ناگهانی بدن) اهمیت دارد.

به طور خلاصه:

• Yield Bending Moment = نقطه شروع تغییر شکل دائمی.
• Elastic Bending Limit = بیشینه خمش برگشت‌پذیر.
• Flexural Modulus = سختی خمشی ماده.
• Deflection Angle at Specific Load = میزان خم‌شدگی تحت بار معین.
• Plastic Behavior & Failure Point = رفتار پس از تسلیم و حداکثر ظرفیت شکست.

 تحلیل نتایج

نمودار نیرو، جابجایی یا گشتاور، زاویه از داده‌های ثبت‌شده استخراج می‌شود. از روی این نمودار:

• شیب خط اولیه → مدول خمش
• نقطه تغییر رفتار الاستیک به پلاستیک → حد تسلیم
• بیشینه نیرو یا گشتاور → حد تحمل نهایی راد

این نتایج برای مقایسه رادهای مختلف از نظر طراحی، جنس و تولید و همچنین تأیید تطابق با الزامات قانونی و کلینیکی به کار می‌روند.

جهت کسب اطلاعات در رابطه با آزمون خمش شانز کلیک کنید.