آزمون خمش پلاک زاویه دار چیست؟

آزمون خمش پلاک زاویه‌دار نوع DHS Plate Bending بر اساس استاندارد ASTM F384 به منظور سنجش رفتار مکانیکی و میزان مقاومت خمشی پلاک‌های استخوانی زاویه‌دار طراحی شده است. در این روش، پلاک در شرایط نصب استاندارد بر روی فیکسچر مخصوص قرار گرفته و بار خمشی با نرخ جابجایی کنترل‌شده توسط دستگاه آزمون یونیورسال به‌گونه‌ای که ناحیه زاویه‌دار (barrel یا بخش گردنی پلاک) تحت بیشترین تنش قرار گیرد اعمال می‌شود. طی آزمون خمش پلاک زاویه‌دار، میزان تغییرشکل الاستیک و پلاستیک، سختی خمشی و بار حداکثر تا نقطه شکست یا تغییرشکل دائمی ثبت و تحلیل می‌گردد.

هدف اصلی آزمون خمش پلاک زاویه‌دار (DHS Plate Bending Test) طبق ASTM F384، ارزیابی میزان مقاومت مکانیکی، سختی خمشی و پایداری پلاک زاویه‌دار در برابر بارگذاری خمشی است. به بیان ساده‌تر، این تست مشخص می‌کند پلاک تا چه اندازه می‌تواند در شرایط شبیه‌سازی‌شده بالینی، نیروهای خمشی وارد بر استخوان و ایمپلنت را بدون تغییر شکل دائمی یا شکست تحمل کند.

جهت دریافت خدمات و مشاوره رایگان با نیکوفامد تماس بگیرید.

آزمون خمش پلاک زاویه دار چگونه انجام می شود؟

آماده‌سازی نمونه

نمونه‌های سالم از پلاک زاویه‌دار DHS انتخاب و مشخصات فنی شامل زاویه گردن، تعداد سوراخ‌ها، ضخامت پلیت و جنس ماده ثبت می‌شود. انتخاب نمونه باید نمایانگر شرایط بحرانی طراحی باشد (worst-case scenario).

آماده‌سازی تجهیزات

دستگاه آزمون یونیورسال با دقت ثبت نیرو و جابجایی مناسب آماده و کالیبره می‌شود. فیکسچر اختصاصی طبق پیوست A1 استاندارد نصب می‌گردد، به‌گونه‌ای که امکان اعمال بار فشاری و ایجاد ممان خمشی در ناحیه زاویه‌دار فراهم شود.

نصب نمونه در فیکسچر

پلاک در بلوک صلب مهارکننده ثابت می‌شود و بازوی اهرمی به بخش بشکه (barrel) متصل می‌گردد. طول مؤثر بازوی اهرمی (L) به‌صورت دقیق اندازه‌گیری و ثبت می‌شود، چرا که این پارامتر برای محاسبه ممان خمشی ضروری است.

پیش‌بارگذاری و صفر کردن حسگرها

پیش‌بارگذاری سبک (preload) جهت نشیمن‌دادن اتصالات اعمال و سپس حسگر نیرو و جابجایی صفر می‌شود تا خط مبنای دقیق ثبت گردد.

اعمال بارگذاری خمشی

بار فشاری با نرخ جابجایی یکنواخت (crosshead speed ثابت) از طریق انتهای بازوی اهرمی به نمونه وارد می‌شود. این بار موجب ایجاد ممان خمشی در محل زاویه پلاک می‌گردد که شرایط بالینی را شبیه‌سازی می‌کند.

اندازه‌گیری‌ها و ثبت داده‌ها

منحنی نیرو–جابجایی (Load–Displacement Curve) در طول آزمون ثبت می‌شود. از شیب بخش خطی اولیه این منحنی، سختی خمشی (Bending Stiffness) محاسبه می‌گردد. همچنین بار متناظر با آفست 0.2% برای تعیین مقاومت خمشی استخراج و به ممان خمشی تبدیل می‌شود (M = L × P).

پایان آزمون

آزمون تا رسیدن به یکی از شرایط خاتمه ادامه می‌یابد: تغییر شکل دائمی محسوس، رسیدن به جابجایی هدف یا وقوع شکست (ترک یا کمانش پلاک).

بازبینی نمونه

محل و نوع شکست یا تغییر شکل ثبت و مستندسازی تصویری انجام می‌شود (مانند خم‌شدگی در ناحیه زاویه یا گسیختگی موضعی پلیت).

گزارش نتایج

شامل مشخصات نمونه، شرایط بارگذاری، نرخ جابجایی، طول بازوی اهرمی، منحنی نیرو–جابجایی، مقادیر سختی خمشی، مقاومت خمشی (برحسب ممان)، حداکثر بار تحمل‌شده و نوع شکست.

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

اهمیت انجام آزمون خمش پلاک زاویه‌دار

شبیه‌سازی شرایط بالینی

در عمل جراحی، پلاک زاویه‌دار DHS در ناحیه‌های پُر تنش مانند گردن و سر استخوان فمور قرار می‌گیرد. این ناحیه تحت بارهای فشاری، کششی و مهم‌تر از همه خمشی قرار دارد. آزمون خمش طبق ASTM F384 شرایط واقعی بارگذاری خمشی را بازسازی می‌کند و نشان می‌دهد که پلاک تا چه حد می‌تواند نیروهای وارده در بدن را تحمل کند.

اطمینان از ایمنی بیمار

شکست یا تغییر شکل پلاک در بدن می‌تواند پیامدهای خطرناکی مانند عدم جوش‌خوردگی، نیاز به جراحی مجدد و عوارض بالینی جدی ایجاد کند. این تست با سنجش مقاومت خمشی، تضمین می‌کند که محصول پیش از ورود به بازار از ایمنی کافی برخوردار است.

مقایسه طراحی‌ها و کنترل کیفیت

در تجربه آزمایشگاهی، دیده می‌شود که حتی تغییرات کوچک در ضخامت پلیت، طول بازوی اهرمی یا زاویه گردن پلاک می‌تواند بر مقاومت خمشی اثر قابل توجهی بگذارد. این آزمون امکان مقایسه طراحی‌های مختلف و انتخاب بهینه را فراهم می‌سازد. همچنین به‌عنوان ابزار کنترل کیفیت در تولید انبوه استفاده می‌شود تا یکنواختی عملکرد محصولات تضمین گردد.

مبنای داده‌های طراحی و مهندسی معکوس

نتایج حاصل از این آزمون (مانند منحنی نیرو–جابجایی، سختی خمشی و ممان خمشی در آفست 0.2%) برای تیم‌های طراحی ارزشمند است؛ چرا که به آن‌ها کمک می‌کند تا هندسه پلاک را اصلاح کنند یا مواد اولیه را بهینه انتخاب نمایند. در پروژه‌های بهبود محصول، این تست شاخص کلیدی عملکرد محسوب می‌شود.

اعتباربخشی مقرراتی

از دیدگاه قانونی و استانداردسازی، مستندات این آزمون بخشی از مدارک موردنیاز برای ثبت و تأییدیه‌های بین‌المللی (مانند CE Mark یا FDA) است. بدون انجام این آزمون و گزارش نتایج معتبر، امکان ورود محصول به بازار وجود ندارد.

به طور کلی پلاک‌های با طراحی ضعیف در ناحیه زاویه‌ای، قبل از رسیدن به بارهای کلینیکی شکست می‌خورند، درحالی‌که طراحی‌های بهینه، تغییر شکل الاستیک مناسبی نشان داده و حتی پس از اعمال بارهای سنگین دچار گسیختگی نمی‌شوند. این تفاوت نشان می‌دهد که آزمون خمش نه‌تنها یک الزام استاندارد، بلکه ابزاری حیاتی برای تضمین کیفیت و ایمنی بیمار است.

در ادامه با یک مثال عددی واقعی (با داده شبیه‌سازی شده ولی نزدیک به واقعیت) تفاوت عملکرد دو طراحی (A بهینه‌تر، B سبک‌تر می توان مشاهده کرد که یک پلاک خوب چه مقادیری در سختی خمشی و بار شکست دارد و پلاک ضعیف چه نتایجی نشان می‌دهد.

پارامترهای آزمون (برای هر دو): طول بازوی اهرمی L = 40 mm؛ بارگذاری با نرخ جابجایی ثابت؛ استخراج سختی از شیب بخش خطی منحنی نیرو–جابجایی و محاسبه ممان خمشی از M=L×PM = L \times P (واحد: N·mm).

شاخص	طراحی A (بهینه‌تر)	طراحی B (سبک‌تر)
سختی خمشی (شیب اولیه)	1.80 kN/mm	1.20 kN/mm
بار متناظر با آفست 0.2% (P₀.₂%)	3.60 kN	2.40 kN
ممان خمشی در آفست 0.2%	144,000 N·mm (= 144 N·m)	96,000 N·mm (= 96 N·m)
بار بیشینه پیش از شکست	5.20 kN	3.50 kN
جابجایی در بار بیشینه	3.1 mm	4.6 mm
نوع/محل آسیب محتمل	تغییرشکل موضعی نزدیک زاویه، بدون شکست ترد	خم‌شدگی محسوس ناحیه زاویه و ریسک کمانش پلیت

• سختی بالاتر A (1.80 در برابر 1.20 kN/mm) به معنای مقاومت بیشتر در برابر تغییرشکل الاستیک است؛ در جراحی، این ویژگی به حفظ هم‌ترازی قطعات استخوانی کمک می‌کند.
• ممان خمشی در آفست 0.2% برای A حدود 144 N·m و برای B 96 N·m است؛ این شاخص معیار توان تحمل بار تا آستانه تسلیم مهندسی محسوب می‌شود و مستقیم به طراحی ناحیه زاویه و ضخامت/هندسه پلیت وابسته است.
• بار بیشینه بالاتر در A (5.2 kN) نشان می‌دهد حاشیه ایمنی تا پیش از شکست بیشتر است؛ در حالی‌که B زودتر دچار تغییرشکل دائمی محسوس شده و به ناپایداری نزدیک می‌شود.
• جابجایی بیشتر در بار بیشینه برای B (4.6 mm) بیانگر انعطاف‌پذیری بالاتر اما پایداری خمشی کمتر است؛ این می‌تواند در بارگذاری‌های تکراری بالینی به ریسک لقی/شُل‌شدن منجر شود.

آزمایشگاه همکار نیکوفارمد با دارا بودن گواهینامه ISO/IEC 17025، معتبرترین استاندارد بین‌المللی برای صلاحیت آزمایشگاه‌ها در انجام آزمون‌ها و کالیبراسیون‌ها، قادر به انجام آزمون خمش پلاک زاویه‌دار (DHS Plate Bending) طبق ASTM F384:2017 است. نیکوفارمد با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته و مطابق با الزامات استانداردهای بین‌المللی، توانایی ارزیابی دقیق مقاومت مکانیکی پلاک‌های ارتوپدی در برابر بارهای خمشی را داراست و نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌ها می‌تواند به‌عنوان مبنای کنترل کیفیت، تایید طراحی و اعتبارسنجی محصولات پزشکی در صنعت ارتوپدی مورد استفاده قرار گیرد.