بهینه‌سازی و تحلیل مکانیکی سوراخ‌کاری استخوان ترابکولار با تلفیق روش سطح پاسخ (RSM) و تحلیل حساسیت سوبول (Sobol)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

2 استادیا گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اراک

10.61186/masm.2026.2089879.1190
چکیده
فرآیند سوراخ‌کاری استخوان ترابکولار، یکی از چالش‌برانگیزترین مراحل در جراحی‌های ارتوپدی است. افزایش نیروی برش حین سوراخکاری می‌تواند منجر به نکروز حرارتی استخوان، عفونت و شکست ابزار شود. با این حال، مطالعات جامع در زمینه سوراخکاری استخوان ترابکولار (کنسلوس) که نقش حیاتی در سلامت استخوان ایفا می‌کند، محدود است. در این پژوهش، به‌منظور تحلیل اثر پارامترهای ماشین‌کاری شامل سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر مته بر نیروی برش حین سوراخ‌کاری، از روش سطح پاسخ(RSM) با طرح مرکب مرکزی ( (CCDو استخراج مدل‌های ریاضی مرتبه دوم همراه با تحلیل حساسیت کمی مبتنی بر روش سوبول استفاده شده است. نتایج تحلیل واریانس(ANOVA) نشان داد که مدل‌های پیشنهادی از دقت بالایی برخوردارند. بر این اساس سرعت دوران های میانه، قطر ابزار کم و پیشروی های بالا باعث کاهش نیرو میشوند .تحلیل حساسیت با روش سوبول(Sobol) نشان داد که سرعت دورانی با (59.6%) مهمترین عامل غالب بر نیرو است.این نتایج می‌توانند مبنای مناسبی برای توسعه سیستم‌های جراحی رباتیک با کنترل هوشمند پارامترهای ماشین‌کاری و ارتقاء ایمنی حین عمل باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Optimization and Mechanical Analysis of Trabecular Bone Drilling Using Response Surface Methodology (RSM) and Sobol Sensitivity Analysis (Sobol SA)

نویسندگان English

Ehsan Ghalenoeiie 1
Vahid Tahmasbi 1
mahdi qasemi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
2 Department of mechanical engineering of Arak university of technology
چکیده English

The process of drilling trabecular bone is one of the most challenging stages in orthopedic surgeries. An increase in cutting force during drilling may lead to thermal necrosis of the bone, infection, and tool failure. However, comprehensive studies on drilling trabecular (cancellous) bone—which plays a vital role in the structural and physiological integrity of the bone—are limited. In this study, in order to analyze the effects of machining parameters including spindle speed, feed rate, and drill diameter on cutting force during drilling, the Response Surface Methodology (RSM) with a Central Composite Design (CCD) was employed to develop second-order mathematical models, accompanied by quantitative sensitivity analysis based on the Sobol method. Analysis of variance (ANOVA) indicated that the proposed models exhibit high accuracy. According to the results, medium spindle speeds, smaller drill diameters, and higher feed rates reduce drilling forces. Sensitivity analysis using the Sobol method demonstrated that spindle speed (59.6%) is the most influential parameter governing the drilling force. These findings provide a solid foundation for developing robotic surgical systems with intelligent control of machining parameters and enhancing intraoperative safety.

کلیدواژه‌ها English

Bone drilling
trabecular bone
cutting force
optimization
sensitivity analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 20 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 20 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 22 تیر 1405