Polimerik malzemelerin tek ve çok eksenli çevrimsel yüklemelerdeki davranışının modellenmesi

Abstract

Bu doktora tez çalışmasında amaç, sadece monotonik yükleme değil, aynı zamanda çevrimsel yüklemelere maruz polimerik malzemelerin mekanik davranışlarının modellenmesidir. Malzeme modeli olarak ?overstress? kavramına dayanan viskoplastisite teorisi (VBO) kullanılmıştır. Modellemede kullanılan malzeme, özellikle biyomekanik alanında (protez uygulamalarında) yaygın kullanılan, çok yüksek molekül ağırlıklı polietilen (UHMWPE) dir. UHMWPE, çevrimsel yüklemeye maruz kalça ve diz protez malzemesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. UHMWPE?nin mekanik özelliklerinin belirlenmesi ve malzeme davranışların modellenmesi protez tasarımında çok önemlidir. Bu çalışmada, çevrimsel yüklemeye maruz kalan polimerik malzemelerde, hasara neden olduğu gözlemlenen gerinim toplanması (ratcheting) incelenmiştir. Mevcut VBO modelinin, gerinim toplanmasını tam olarak modelleyemediğinin belirlenmesi üzerine, viskoplastisite teorisi modifiye edilmiştir. Modelleme sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.

The aim of this PhD thesis is to model the mechanical behaviours of polymeric materials subjected to not only monotonic loadings, but also cyclic loadings. Viscoplasticity theory (VBO) based on the concept of overstress is used as the material model. The material used in the modeling, especially commonly used in the field of biomechanics (prosthesis applications), is ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE). UHMWPE has been widely used as knee and hip prosthesis material under the cyclic loading. Defining the mechanical properties and modeling the material behaviours of UHMWPE are very important in design of prosthesis. In this study, the ratcheting observed the cause of failure in polymeric material under the cyclic loading is investigated. Observing that the present VBO model cannot model the ratcheting perfectly, theory of viscoplasticity was modified. Numerical results were compared with experimental results.